一、單體電池之間參數(shù)差異

 

單體電池之間的狀態(tài)差異主要包括單體電池初始差異和使用過程中產(chǎn)生的參數(shù)差異。電池設(shè)計(jì)、制造、存儲以及使用過程中存在多種不可控制的因素,會影響電池的一致性。提高單體電池的一致性是提升電池組性能的先決條件。單體電池參數(shù)的相互影響,當(dāng)前的參數(shù)狀態(tài)受初始狀態(tài)和時(shí)間累積作用的影響。

 

1、電池容量、電壓和自放電速率

 

電池容量不一致會使電池組各單體電池放電深度不一致。容量較小、性能較差的電池將提前達(dá)到滿充電狀態(tài),造成容量大、性能好的電池不能達(dá)到滿充電狀態(tài);  

 

電池電壓的不一致將導(dǎo)致并聯(lián)電池組中單體電池互充電,電壓較高的電池將給電壓較低的電池充電,這會加快電池性能的衰減,損耗整個(gè)電池組的能量; 

 

自放電速率大的電池容量損失大,電池自放電速率的不一致將導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)、電壓產(chǎn)生差異,影響電池組的性能。

 

2、電池內(nèi)阻

 

串聯(lián)系統(tǒng)中,單體電池內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池的充電電壓不一致,內(nèi)阻大的電池提前達(dá)到電壓上限,此時(shí)其他電池可能未充滿電。內(nèi)阻大的電池能量損耗大,產(chǎn)生的熱量高,溫度差異進(jìn)一步增大內(nèi)阻差異,導(dǎo)致惡性循環(huán)。  

 

并聯(lián)系統(tǒng)中,內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池電流的不一致,電流大的電池電壓變化快,使各個(gè)單體電池的充放電深度不一致,造成系統(tǒng)的實(shí)際容量值難以達(dá)到設(shè)計(jì)值。電池工作電流不同，其性能在使用過程中會產(chǎn)生差異，最終會影響整個(gè)電池組的壽命。

 

二、充放電工況

 

充電方式影響鋰電池組的充電效率和充電狀態(tài),過充過放都會損壞電池,多次充放電后電池組會顯露不一致性。目前,鋰離子電池充電方式有數(shù)種,但常見的有分段恒流充電方式和恒流恒壓充電方式。恒流充電是較為理想的方式,能夠進(jìn)行安全、有效的滿充;恒流恒壓充電有效結(jié)合了恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點(diǎn),解決了一般恒流充電方式難以精準(zhǔn)滿充的問題,避免了恒壓充電方式在充電初期電流過大對電池造成的影響,操作簡單方便。

 

三、溫度

 

鋰電池在高溫和高放電倍率下的性能會有明顯衰減。這是因?yàn)?a href="http://www.pdszhhs.com">鋰離子電池在高溫條件下和大電流使用時(shí),會造成正極活性物質(zhì)和電解液的分解,這是放熱過程,短時(shí)間放出等熱量能導(dǎo)致電池自身溫度進(jìn)一步升高,溫度升高又加速了分解現(xiàn)象,形成惡性循環(huán),加速分解使電池性能進(jìn)一步下降。所以,如果電池組熱管理不當(dāng),會帶來不可逆性能損降。  

 

電池組設(shè)計(jì)和使用環(huán)境差異會造成單體電池所處溫度環(huán)境不一致。由Arrhenius定律可知,電池的電化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)與度呈指數(shù)關(guān)系,不同溫度下電池電化學(xué)特性不同。溫度會對電池電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行、庫侖效率、充放電能力、輸出功率、容量、可靠性以及循環(huán)壽命產(chǎn)生影響。目前,主要開展的是溫度對電池組不一致性影響定量化研究。圖1給出了鋰電池產(chǎn)生熱失控的起因。

 

四、電池外電路

 

1、連接方式

 

在規(guī)模儲能系統(tǒng)中,電池將以串并聯(lián)的方式組合在一起,因此在電池和模塊之間會有許多連接電路和控制元件。由于每個(gè)結(jié)構(gòu)件或元器件的性能和老化速度不同,以及每個(gè)連接點(diǎn)消耗的能量不一致,不同器件對電池的影響不一樣,造成電池組系統(tǒng)的不一致。并聯(lián)電路中電池衰減速度的不一致會加速系統(tǒng)的惡化。  

 

連接片阻抗也會對電池組的不一致性產(chǎn)生影響,連接片阻值不盡相同,極柱到各單體電池支路的阻值不同,遠(yuǎn)離極柱的電池因連接片較長而阻值較大,電流則較小,連接片會使得與極柱相連的單體電池最先達(dá)到截止電壓,造成能量利用率降低,影響電池性能,而且該單體電池提前老化會導(dǎo)致與其相連的電池過充,造成安全隱患。

 

隨著電池循環(huán)次數(shù)增多,將造成歐姆內(nèi)阻增加,容量衰減,歐姆內(nèi)阻與連接片阻值的比率將發(fā)生變化。為保證系統(tǒng)安全性,必須考慮連接片阻值的影響。

 

2、BMS輸入電路

 

電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池組正常運(yùn)行的保障,但BMS輸入電路會對電池的一致性產(chǎn)生不利影響。電池電壓的監(jiān)測方法有精密電阻分壓、集成芯片采樣等,這些方法由于電阻與電路板通路的存在,無法避免采樣線外載漏電流,電池管理系統(tǒng)電壓采樣輸入阻抗將增加電池荷電狀態(tài)(SOC)的不一致性,影響電池組的性能。

 

五、SOC估算誤差

 

SOC不一致產(chǎn)生的原因有單體電池初始標(biāo)稱容量不一致和工作中單體電池標(biāo)稱容量衰減速度不一致。對于并聯(lián)電路,單體電池的內(nèi)阻差異會造成電流分配不均,進(jìn)而導(dǎo)致SOC的不一致。SOC算法包括安時(shí)積分法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊邏輯法、放電測試法等。安時(shí)積分法在起始荷電狀態(tài)SOC0比較準(zhǔn)確時(shí)有較好的精度,但是庫侖效率受電池荷電狀態(tài)、溫度和電流等狀態(tài)的影響較大,難以準(zhǔn)確測量,因此安時(shí)積分法很難達(dá)到荷電狀態(tài)估計(jì)的精度要求。開路電壓法在較長時(shí)間靜置之后，電池的開路電壓與SOC存在確定的函數(shù)關(guān)系，通過測量端電壓來獲得SOC的估計(jì)值。開路電壓法具有估算精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是靜置時(shí)間長的缺點(diǎn)也限制了其使用范圍。