【《重组电池包的性能分析》2300字】

重组电池包的性能分析目录TOC\o"1-3"\h\u16983重组电池包的性能分析 1251741.1电池组容量特性与单体电池参数及状态的关系 188041.2电池组的荷电状态与单体电池参数及状态的关系 247491.3电池组的功率特性与单体参数的数学模型 2163261.4电池组的性能与单体参数的关系验证 41.1电池组容量特性与单体电池参数及状态的关系电池组的容量定义为电池组在满电状态下以一定大小的电流放电至下限截止电压所放出的荷电量。理想状态下，当电池组所有单体的参数完全一致时，串联电池组电压为所有单体的电压之和，电流与所有单体电流相同，因此电池组容量也与单体容量相同。为了保障电池组的可靠性和一致性，通常选择同类型、同规格的电池进行筛选重组，以获得较好的性能指标。因此本文均以标称容量相同的磷酸铁锂单体电池为例进行重组分析。假设某重组动力电池组由n节退役单体电池串联组成，每个单体电池的SOC、SOH有所差异，通过图形化的方式描述串联电池组内各单体的状态如下图所示：图4-1串联电池组容量、荷电状态示意图对上图而言，记第k节单体电池的当前容量为、荷电状态为、健康状态为、剩余电荷量为、空余容量为。图中矩形的宽度代表单体电池的当前健康状态，矩形中阴影部分代表单体电池当前的剩余电荷量，空白部分即为单体电池当前空余容量。由SOC和SOH的定义式可知，单体电池的剩余电荷量和空余容量如下：（4-1）（4-2）由于串联电池组所有单体电流相同，电池组可放出的电荷量与剩余电荷量最小的单体相同，可充入的电荷量与空余容量最小的单体相同。则电池组的剩余电荷量和空余容量如下：（4-3）（4-4）由剩余电荷量和空余容量与实际容量的关系式（2-1）可知，串联电池组的实际可用容量为：（4-5）将公式（4-5）代入SOH的定义式中可得，串联电池组的健康状态SOH为（4-6）由式（4-5）、（4-6）可以看出，电池组的健康状态以及容量受电池组中剩余电荷量最小的单体和空余容量最小的两个单体影响，并且与该两节单体的荷电状态和健康状态都有关。1.2电池组的荷电状态与单体电池参数及状态的关系由电池的荷电状态定义可知，荷电状态为电池当前剩余的电荷量占当前容量的百分比。对电池组而言，当前剩余电荷量与剩余电荷量最小的单体相同，即公式（4-3）所示，当前可用容量如公式（4-5）所示。将公式（4-3）和公式（4-5）代入SOC定义式中可得，串联电池组的荷电状态SOC为：（4-7）1.3电池组的功率特性与单体参数的数学模型记图4-2所示串联电池组的总功率为，电池组中各单体功率为：（4-8）其中、分别为单体电池的电流和端电压，而串联电池组中所有单体电流相等，总电压为所有单体电压之和：（4-9）则串联电池组总功率为（4-10）图4-2串联电池组Rint模型以放电为例，根据电池峰值功率的定义，电池10s放电至下限截止电压的功率记为电池的峰值功率，此时的电流即电池可承受的最大电流，对与串联电池组而言，由于电池组各单体电压不同，为防止单体电池过充过放，电池组中任意单体电池达到截止电压时即停止充/放电。假设串联电池组中，第i节单体的峰值功率最小，即可承受电流最小。当电池组以峰值功率放电时，该节单体达到截止电压时电池组停止放电，此时电池组的端电压即为电池组的截止电压：（4-11）其中为放电截至时的电池组总电压，为单体截止电压。该单体可承受的最大电流记为，则电池组可承受的最大电流为：（4-12）其中为单体电池开路电压，为单体电池的等效阻抗。将公式（4-11）、（4-12）代入SOP定义式中可得，串联电池组的峰值功率为（4-13）由基尔霍夫电压定律可知，此时电池组中其他单体的电压为（4-14）将公式（4-14）代入（4-11）中可得，串联电池组的下限截止电压为：（4-15）将公式（4-15）代入公式（4-13）中，则串联电池组的峰值功率为：（4-16）由公式（2-17）可知，第k节单体电池的10s等效阻抗为（4-17）其中为第k节单体的欧姆内阻，和分别表示第k节单体的电化学极化内阻和浓差极化内阻，和分别表示第k节单体的电化学极化电容和浓差极化电容。将公式（4-17）代入公式（4-16）中可得电池组的SOP为（4-18）由上式可见，串联电池组的SOP受限于峰值功率最小的单体，当峰值功率最小的单体达到功率极限时，电池组的功率也无法继续增大，且串联电池组的SOP与各单体电池的OCV和内阻都有关。1.4电池组的性能与单体参数的关系验证为验证上述推导结果，在8节实验对象电池中挑选了4节SOH差异较大的单体电池，并对各单体的SOC进行差异性设置，各单体的当前容量和SOC、SOH如表4-1所示：表4-1各单体当前状态参数电池标号容量/AhSOH/100%SOC/100%1#51.6886.13804#49.8483.07608#56.4694.1403#33.3755.6120将上述单体电池串联后，按照2.2.2节所述实验步骤，进行容量标定测试，再将表4-1数据代入电池组容量与单体参数的相互关系式（4-5）中计算，将计算结果与实测值对比如下表4-2电池组容量实测值与计算值实测值/Ah计算值/Ah绝对误差/Ah16.60917.010.401由表4-2对比可以看到，串联电池组的容量实测值与计算值之间仅有0.401Ah误差。分析认为，该误差一部分由于电池串联时各单体之间的接触电阻上的压降所致，一部分由于实验设备采样误差和控制误差造成。该实验结果验证了电池组容量特性与单体电池参数的相互关系模型的正确性。容量标定测试后，对串联电池组进行峰值功率测试，将测试数据放入MATLAB中进行参数辨识，并将辨识结果代入SOP计算公式中进行计算，得到重组电池包在各SOC点的峰值功率如下图所示：图4-325℃电池组SOC-SOP曲线将峰值功率测试过程中的电流I和各单体的端电压Uk用MATLAB软件进行处理，按照电池组SOP与单体参数的相互关系式（4-23）进行计算，计算流程如下：图4-4串联电池组SOP计算流程图将串联电池组的峰值功率计算值与实测值进行对比如下图所示：图4-5串联电池组SOP计算值与实测值对比图通过对比发现，计算值与实测值