电池学习笔记.docx

The bottleneck restricting the diffusion of electric vehicles：performance,cost,life,safety.Correspondingly,there are four key technologies: the assembly of cells into the battery, thermal management, electric energy management, and safety.Two fundamental academic issues are specified: 1) the generation, transfer, and removal of heat in the stacked composite system comprising cells and heat conduction plates/flow fields; 2) the modeling, identification, and control of the battery system comprising a multitude of non-linear, time-varying cells connected in parallel and series. Further development tendency for traction battery systems are viewed, such as the smart cell and the integration with the grid and internet.BEV（battery electric vehicle）is the mainstream direction of the market.车用动力电池系统多为上百节甚至上千节混联使用，系统的性能、可靠性取决于最弱的一个电池（短板效应），系统的安全性取决于最不稳定的一个电池（底板效应），因此，对单体电池的一致性要求要比电子产品用电池高得多。另一方面，电池的组合使用还可能诱发、加速较弱电池的性能衰减，使得电池原有的不一致性在使用中不断加大，从而使均衡电路成为电池系统的必需组成，电池管理系统变得更加复杂。电池组由单体电池及由其连接而成的电池模块组成，a。关键技术电池组配技术：第一， 按照车辆需求确定电池系统的能量、功率、电压等参数；第二， 设计多节电池的串并联方法（串联时模块、系统的性能受限于最弱的电池。充电器若采用整体电压管理，电压较高的电池易发生过充。并联时容易因单体及环境差异出现偏流现象，引起SOC 不均衡；充放倍率变化时，电池间会出现环流现象。并联时电压传感器个数、均衡电路个数比串联时要少些）；第三， 按照一定规则分选出一致性较好的单体电池（可以把电池系统中单体电池出厂时所带的固有个体差异称为一次不一致性，原因包括原料的批次稳定性、电极板的制作、活物质的量、电极层的均匀度、活物质粒子大小的分布、电解液的总量与渗透度、电池中混入的水分量与位置、异物及杂质的混入程度与位置、制造环境（温度、湿度、清洁度等）的变化等；使用中逐渐加大的单体电池间的差异称为二次不一致性，原因包括车载环境、使用方法、串并联位置、自放电的程度等。在国内的电动汽车示范项目中发现，成组后电池的寿命远远小于单体电池的寿命，表明电池组配与使用技术尚需较大提高；有很多指标可以度量电池的不一致性，比如容量、开路电压、内阻、阻抗谱、自放电率、倍率特性、重量等。这些指标之间往往存在相互关联，需要找到能够比较全面度量电池不一致性的最小指标集合，明确各个指标与电池组件、结构的关联，排出指标的优先次序。）；第四， 保障电池系统可靠性（电池（模块）壳体、电池组箱体还应该满足绝缘安全、碰撞安全、耐震、防水、防尘、电磁兼容等可靠性要求。采用电池组更换方式的商业模式，对电池箱的机械强度、固定方式、导轨的可靠性设计、强电连接方式、强电安全设计提出了更高的要求。电池的组配设计中还应注意便于及时发现出了故障（或有故障症候）的单体电池，能够将其隔离并能方便更换。）。BMS 由各类传感器、执行器、固化有各种算法的控制器以及信号线等组成，其主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制需要的电池信息，在异常情况下采取干预措施；并根据环境温度、电池状态及车辆需求，决定电池的充放电功率，尽可能延长电池的使用寿命关键技术：1. 热管理技术：动力电池的大型化、成组化使用使得电池（组）的散热能力大大低于产热能力；单体电池并联使用时（单体电池内部极片之间也是并联），温度不均匀会引起热电耦合，即温度高的电池（或部位）内阻较小，会分担更多的电流，致使荷电状态不均匀，从而加快电池组的劣化；车用动力电池的热管理系统主要实现如下功能：第一，电池组温度较高时进行散热，防止电池过热引发安全事故；第二，电池组温度较低时对电池组进行加热，保证电池在低温环境下充电和放电的安全性和使用效率；第三，使电池组中不同位置电池和电池不同部位的温度差异尽可能小，抑制局部热点或热区的形成，使不同位置电池的热致衰减速率接近一致。一般电池组内部温差要小于5 ，GM 的Volt 采用热电一体化的水冷设计，可将最大温差控制在2 以内，有力支持了8 年的寿命保证期2. 电能管理技术：单体电池高共模电压精确测量、电池的状态估计、电池充放电管理、电池一致性评价与均衡管理等。3.安全保障技术BMS 的主要功能有：1） 电池参数检测；含总电压总电流检测、单体电池电压检测（防止出现过充、过放、甚至反极现象）、温度检测、烟雾探测、绝缘检测、碰撞检测、阻抗检测等。2） 电池状态估计；SOC（state of charge）、DOD（depth of discharge）、SOH（state of health）、SOF（state of fuction）I,U,T etc.SOC or DODProcess of useSOHSOFThe degree of attenuationoperating environment3） 在线故障诊断（on-board diagnosis, OBD）；故障包括：传感器故障、执行器故障、网络故障、电池本身故障、过压（过充）、欠压（过放）、过流、超高温、超低温、接头松动、可燃气体浓度超标、绝缘故障、一致性故障、温升过快等。4） 电池安全控制与报警；热失控控制、高压电安全控制；5） 充电控制；BMS 根据电池的特性以及充电机的功率等级，通过控制充电机来给电池充电。6） 电池均衡；根据单体电池信息，采用充电均衡、耗散或非耗散式均衡等方式，使单体间的SOC尽可能一致。7） 热管理；（大致温度每升高15 ，寿命减少一半）根据电池组内温度分布信息及充电或放电需求，决定是否启动加热或散热，并确定加热功率、散热功率的大小。8） 网络化；需要在不拆卸的情况下对电池进行在线标定与监控、代码自动生成及在线程序下载等，一般采用CAN网络（CAN,全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯,