【《单体参数不一致对锂电池重组电池包性能的影响分析》3300字】

单体参数不一致对锂电池重组电池包性能的影响分析目录TOC\o"1-3"\h\u558单体参数不一致对锂电池重组电池包性能的影响分析 1271961.1SOC和SOH不一致对电池组可用容量的影响 122741.2SOC和SOH不一致对电池组容量衰减的影响 4100311.3内阻和开路电压不一致对电池组功率特性的影响 785701.4内阻不一致与电池组热平衡的关系 9在实际场景中，各单体由于生产制造过程中，受生产工艺和材料等因素的影响，导致各单体在出厂时就存在先天的不一致性；另外在电池使用过程中处于不同的工作环境，受各单体所处的温度、湿度等因素的影响，导致各单体的老化速度不同，放电深度不同等现象。综合以上两大主要影响，使电池组中各单体在使用过程中的不一致性越来越大。由4.1节分析可知，重组电池包的容量特性和功率特性均受单体电池参数及状态的影响，本节主要研究单体电池的荷电状态、健康状态、内阻等参数不一致对重组电池包性能的影响，进而明确重组电池包单体一致性的筛选指标。1.1SOC和SOH不一致对电池组可用容量的影响重组电池包的实际可用容量主要由重组电池包中剩余电荷量最小的单体和空余容量最小的单体决定，而剩余电荷量和空余容量与电池的SOC、SOH都有关。理想状态下，电池组各单体的SOC、SOH以及内部参数均一致，电池组在充放电时，所有单体同时充满、同时放完；当电池组各单体的SOC、SOH不一致时，放电时只有一节单体可以被放空，即剩余电荷量最小的单体，此时各单体中残余的电量记为（4-19）其中为第k节单体串联时的初始SOC，为剩余电荷量最小的单体在串联时的初始荷电状态、为剩余电荷量最小的单体的健康状态；充电时，也只有空余容量最小的单体可以被充满，此时其他单体的空余容量记为（4-20）其中为空余容量最小的单体被串联时的初始荷电状态、为空余容量最小的单体的健康状态。电池组各单体的不可被利用容量记为（4-21）则电池组浪费掉的容量总和为（4-22）定义电池组的容量利用率为，其大小表示所有单体电池在电池组充放电过程中实际可被利用容量总和占电池组所有单体总容量的百分比：（4-23）在8节研究对象中分别选择不同电池，组成以下5组SOC不一致或SOH不一致的电池组进行容量标定，计算容量利用率：A组选择SOH基本一致，且SOC一致的单体，作为对照组；表4-3A:SOC一致，SOH一致电池标号SOH/%SOC设定值5#93.6806#93.2807#93.8208#94.10B组和C组中各单体的SOC一致，SOH不一致，其中B组的SOH不一致程度低于C组；表4-4B:SOC一致，SOH方差：21.91电池标号SOH/%SOC设定值1#86.1304#83.0706#93.2808#94.10表4-5C:SOC一致，SOH方差：210.1电池标号SOH/%SOC设定值1#86.1303#55.6104#83.0708#94.10D组和E组中各单体的SOH基本一致，SOC不一致，同B组、C组类似，D组的SOC不一致程度低于E组。表4-6D:SOH一致，SOC方差：31.25电池标号SOH/%SOC设定值5#93.680.46#93.280.457#93.820.58#94.10.55表4-7E:SOH一致，SOC方差：500电池标号SOH/%SOC设定值5#93.680.26#93.280.47#93.820.68#94.10.8按照电池组容量计算公式，分别计算上述5个重组电池包的可用容量，并计算上述各重组电池包的容量利用率如下表：表4-8容量利用率计算结果实验组别重组电池包可用容量/Ah容量利用率/100%A55.9795.53B49.8493.58C33.3769.74D47.8989.53E25.5340.07对比A、B、C三组实验可以看出，当各单体的SOH不一致时，重组电池包的容量利用率下降，并且随SOH不一致程度的加深而降低；对比A、D、E三组实验可以看出，当各单体的SOH基本一致，SOC不一致时，重组电池包的容量利用率也会下降，并且与SOH不一致类似，随着SOC不一致程度加深，重组电池包的容量利用率降低。由上述分析可知，电池组的SOC、SOH不一致，导致电池组出现容量性能浪费现象。从实用的角度而言，电池作为电能储存装置，在对电池进行梯次利用时，通常希望每节单体的性能都可以充分被利用，提高经济性，而提高SOC、SOH的一致性有利于提高电池组的容量利用率。1.2SOC和SOH不一致对电池组容量衰减的影响电池组的SOH不一致或SOC不一致，还会导致各单体始终在不同的SOC区间工作，为分析SOC、SOH不一致对单体电池充放电深度的影响，设计了以下对比试验：表4-9SOC、SOH不一致对比实验实验组别SOCSOHA组一致一致B组一致不一致C组不一致一致1、SOC、SOH均一致的电池组该组电池的SOH分别为93.68%、93.28%、93.82%、94.1%，串联初始时刻SOC均为0，图4-6为该电池组在充放电循环时，各单体的SOC变化曲线。图4-6SOH、SOC均一致的电池组各单体SOC对比由上图可以看到，单体SOC、SOH都一致的串联电池组在充放电过程中，各单体的SOC变化区间和变化趋势均一致，仅在充电末期，SOC接近100%时存在微小差异，图4-7为该电池组在100%附近时，各单体SOC曲线的放大曲线。图4-7SOH、SOC均一致的各单体SOC对比（电池组SOC100%）从图4-7可以清楚的看到，单体SOC、SOH都一致的重组电池包在SOC为100%附近时，各单体SOC最大差值不超过2%。2、SOH不一致，起始SOC一致图4-8所示为SOH不一致，起始SOC一致的电池组充放电过程中各单体的SOC的变化曲线。图4-8SOH不一致的电池组各单体SOC对比图中可以看到，充电起始时刻，各单体的SOC相同，但由于SOH不一致，在相同的电流作用下，各单体的SOC变化速度不同，导致电池组变为SOC、SOH均不一致的状态，并且在充放电过程中各单体的SOC变化区间和变化趋势都不同，其中SOH最小的3#电池SOC工作区间为0~100%，并且在充电过程中有过充的趋势，而5#电池的SOC最大只有57%。3、SOH一致，起始SOC不一致图4-9SOC不一致的电池组各单体SOC对比如图4-9所示，当电池组各单体的SOH基本一致，SOC不一致时，在电池组充放电过程中，各单体的SOC变化区间不同，但变化趋势和变化速度相同，SOC最低的5#单体放电深度最深。由上述对比可见，当电池组各单体的SOC和SOH均一致时，各单体可以工作在相同SOC区间内，充放电深度大致相同，而SOC和SOH不一致则导致各单体工作区间不同，充放电深度差异较大，下图为1#单体放电时的开路电压与荷电状态对应关系曲线。图4-10磷酸铁锂电池放电SOC-OCV曲线由SOC-OCV曲线可见，电池在SOC接近100%和0%附近，电池的开路电压会出现陡升或骤降，当电池的SOC或SOH不一致时，最先充满的单体和最先放空的单体会经常工作在SOC为100%或0%附近，充电或放电深度远大于其他单体，增加该单体电池被过充或过放的几率，导致电池发生不可逆转的化学反应，从而加速电池组的容量不一致性，进而导致重组电池包性能衰减加速。1.3内阻和开路电压不一致对电池组功率特性的影响由重组电池包SOP与单体参数的相互关系式（4-18）可知，重组电池包的功率状态受限于峰值功率最小的单体，并与所有单体的开路电压和内阻有关。而各单体可承受的最大电流受自身开路电压和内阻影响，内阻和开路电压不一致，将导致重组电池包各单体可承受最大电流不同，由4.1节分析可知，电池组的可承受最大电流为：（4-24）当峰值功率最小的单体电池达到最大电流时，其他单体的功率性能无法充分发挥，造成功率性能浪费。与容量利用率类似，定义重组电池包的功率利用率为，其大小表示电池组实际可利用的功率占所有单体的当前峰值功率总和的百分比。（4-25）其中为电池组的峰值功率，为第k节单体的峰值功率。选择三组OCV、内阻基本一致，OCV不一致，内阻不一致的电池组，分别测量SOP，计算功率利用率，进行对比如下。表4-10A:OCV基本一致，内阻基本一致电池标号10s内阻/mΩOCV/VSOC/100%单体SOP/W4#2.1143.26167.09610.85#2.2123.26270.01585.56#2.1523.26870.04609.87#2.1453.26870.04611表4-11B:OCV基本一致，内阻方差：1.91电池标号10s内阻/mΩOCV/VSOC/100%单体SOP/W1#2.0213.2769.62663.52#1.8963.2769.42706.53#4.9473.2770.03270.88#1.4653.2776.1904.3表4-12C:内阻基本一致，OCV方差：0.00043电池标号10s内阻/mΩOCV/VSOC/100%单体SOP/W4#2.0163.2440.37611.15#2.0113.28986.42681.26#2.0183.27586.16659.17#2.0113.29270.04685.5表4-13功率利用率计算结果实验组别重组电池包SOP/W功率利用率/100%A2344.3697B1167.1245.86C2459.593.28对比A、B、C三组实验可以看到，和SOC、SOH不一致类似，开路电压OCV和内阻不一致，均会导致重组电池包的功率利用率下降，各单体的功率能力无法充分发挥，使经济性下降。1.4内阻不一致与电池组热平衡的关系电池组中各单体的内阻不一致，在相同电流作用下，所产生的热量不同，在相同环境中，电池的温升将产生差异。（4-26）为电池在充放电过程产生的热量，电池的温升记为（4-27）其中，为电池的质量，为电池的比热容。北方工业大学