现在动力锂离子电池组已经稳稳占据了电动汽车电源江湖老大的地位。使用寿命长,能量密度高,安全性可以改,能量密度可以继续上升。
铅酸电池的能量密度在40Wh/kg左右,而锂离子电池,已经超过150Wh/kg。锂离子电池组能量密度高,不敢设计太大容量,因为能量集中度提高的同时,安全性的要求也水涨船高。首先,单只能量过高的锂离子电池,遇到意外,引发热失控,电池内部急剧反应,短时间内,过多的能量无处释放,是非常危险的。尤其在安全技术,管控能力发展还不够充分的时候,每只电池的容量都应该克制。
既然,锂离子电池不能做成一大只,那就一小只一小只串起来。这时候,就要面对一个问题,一致性。锂离子电池组不一致重要是指容量、内阻、开路电压的参数不一致。
电芯性能的不一致,都是在生产过程中形成。同一个锂离子电池组内的电芯,弱者恒弱,且加速变弱。单体电芯之间参数的离散程度,随着老化程度的加深而加大。不一致的电芯串并在一起使用,会出现如下问题。
锂离子电池组不一致性的表现
1.容量损失,电芯单体组成锂离子电池组,容量符合木桶原理,最差的那颗电芯的容量决定整个锂离子电池组的能力。拿两只电池串联举例。一只电池容量C,另外一只容量只有0.9C。串联关系,两只电池通过同样大小的电流。
充电时,容量小的电池必然先充满,达到充电截止条件,系统不再继续充电。放电时,容量小的电池也必然先放光全部可用能量,系统即刻停止放电。这样,容量小的电芯始终在满充满放,容量大的电芯却一直使用部分容量整个锂离子电池组的容量总有一部分处于闲置状态。
2.寿命损失,由寿命最短的那颗电芯决定。小容量电芯,每次都是满充满放,出力过猛,很大可能最先到达寿命的重点。一直电芯寿命终结,一组焊接在一起的电芯,也就跟着寿终正寝。
3.内阻增大,不同的内阻,流过相同的电流,内阻大的电芯发热量相比较较多。电池温度过高,造成劣化速度加快,内阻又会进一步升高。内阻和温升,形成一对负反馈,使高内阻电芯加速劣化。当然,老化程度深的电芯内阻比较大,容量衰减也更多。
单体电芯不一致,重要从三个方面考虑。单体电池分选,成组后热管理,出现少量不一致时电池管理系统供应均衡功能;不同批次的电芯,不放在一起使用;即使相同批次的电芯,因为参数的不一致,也要经过筛选;锂离子电池组重要分静态分选和动态分选两大类:
1.静态分选,针对电芯的开路电压,内阻,容量等特性参数进行筛选,选取目标参数,引入统计算法,设定筛选标准,最后将同一批次的电芯区分成若干组。
2.动态筛选,是针对电芯在充放电过程中表现出来的特性进行筛选,有的选择恒流恒压充电过程,有的选取脉冲冲击充放电过程,有的比较自身的充电和放电曲线之间的关系。
动静结合分选,用静态筛选做初步分组,在此基础上进行动态筛选,这样划分出来的组别更多,筛选准确性更高,但成本也会相应上升。
锂离子电池组安全配置方法
为了保证锂离子电池组的安全性,会设置牢靠的安全防护
1.安全阀
温度上升,应超出正常范围,安全阀自动开启,泄掉压力,并且电池完全失效,以保证安全。
2.热敏电阻
阻值陡增,阻止温度的进一步升高
3.熔断器
一旦出现过流风险,电路断开,防止恶性事故的发生。