矩阵电池组装的核心技术

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1、矩 阵 电 池 组 装 所 需 的 核 心 技 术-按 伏 安 特 性 曲 线 动 态 分 选 电 池 的 方 法2009 年 以 来 ， 我 国 将 新 能 源 汽 车 确 立 为 战 略 性 新 兴 产 业 ，政 府 和 行 业 高 度 重 视 。 作 为 新 能 源 汽 车 产 业 核 心 主 体 的 电 动 汽 车 ，采 用 以 电 池 、 电 机 、 电 控 系 统 为 核 心 的 新 型 动 力 系 统 ， 与 传 统 燃油 汽 车 在 产 品 技 术 、 产 业 生 产 体 系 、 商 业 运 营 模 式 、 基 础 设 施 等诸 多 方 面 都 有 很 大 区 别 。但 是 ，

2、 我 国 在 电 动 汽 车 产 业 方 面 仍 然 存 在 薄 弱 环 节 。 数 据 表明 ， 我 国 电 动 汽 车 发 展 形 势 不 容 乐 观 ， 部 分 领 域 发 展 滞 后 ， 关 键技 术 差 距 较 大 。 电 动 汽 车 的 关 键 是 矩 阵 电 池 ， 而 矩 阵 电 池 的 性能 好 坏 直 接 影 响 电 动 汽 车 的 发 展 。 近 几 年 我 国 的 电 池 技 术 进 步明 显 ， 单 体 电 池 性 能 接 近 国 际 先 进 水 平 ， 但 在 产 品 特 别 是 成 组 产品 系 统 -矩 阵 电 池 的 工 程 化 能 力 、 成 组 技 术 、

3、 寿 命 、 可 靠 性 、 充放 电 能 力 、 能 量 管 理 与 热 管 理 等 方 面 ， 明 显 落 后 于 国 际 先 进 水 平 。一 、 简 介矩 阵 电 池 是 由 单 体 电 池 组 成 的 ， 其 寿 命 取 决 于 每 一 个 电 池 的寿 命 ， 以 及 组 合 时 每 个 单 体 电 池 的 动 态 特 性 是 否 一 致 ， 而 后 者 更决 定 了 矩 阵 电 池 的 性 能 好 坏 。 如 果 其 中 的 单 体 电 池 动 态 一 致 性 不好 ， 每 个 单 体 电 池 都 会 受 到 影 响 ， 过 充 的 更 过 充 ， 过 放 的 更 过 放 ，过

4、热 的 就 更 热 ， 好 的 会 变 坏 ， 坏 的 变 坏 更 快 ， 最 终 导 致 矩 阵 电池 的 整 体 性 能 迅 速 下 降 ， 寿 命 变 短 。 因 此 ， 组 装 矩 阵 电 池 时 ，挑 选 单 体 电 池 的 动 态 一 致 性 非 常 重 要 。 北 京 核 心 动 力 科 技 有 限 公司 研 究 的 按 动 态 特 性 分 析 配 组 的 技 术 ， 较 完 善 的 解 决 了 这 一 问 题 ，大 幅 度 提 高 了 矩 阵 电 池 的 寿 命 和 性 能 。按 动 态 特 性 分 析 配 组 的 技 术 指 按 伏 安 特 性 曲 线 分 选 矩 阵 电 池

5、 ，这 是 一 种 动 态 特 性 分 选 方 法 。 矩 阵 电 池 经 常 工 作 在 频 繁 的 充 放 电情 况 下 ， 工 作 电 流 也 是 不 同 倍 率 来 回 变 化 。 如 果 没 有 对 单 体 电 池性 能 进 行 分 选 ， 就 直 接 配 组 ， 在 使 用 过 程 中 必 定 造 成 有 的 单 体 电池 的 过 充 、 过 放 ， 产 生 电 池 状 态 的 误 差 ， 影 响 矩 阵 电 池 的 使 用 。传 统 的 电 池 分 选 一 般 是 按 照 电 池 的 容 量 进 行 分 选 ， 先 进 一 点的 是 采 用 充 放 电 曲 线 进 行 分 选 ，

6、 利 用 恒 定 的 充 放 电 流 ， 对 电 池 进行 检 测 ， 得 出 充 放 电 曲 线 ， 最 后 进 行 分 选 。 而 矩 阵 电 池 经 常 工作 在 不 同 倍 率 的 充 放 电 电 流 下 ， 并 且 工 作 电 流 变 化 很 大 ， 按 传 统的 电 池 分 选 方 法 必 定 造 成 分 选 误 差 。 所 以 采 用 动 态 特 性 分 选 矩阵 电 池 ， 当 矩 阵 电 池 在 不 同 倍 率 电 流 工 作 时 ， 应 有 相 同 的 输 出 功率 ， 相 同 的 电 压 ， 相 同 的 内 阻 ， 分 析 电 池 的 伏 安 特 性 曲 线 就 能 找到

7、 不 同 倍 率 电 流 下 的 电 池 输 出 功 率 ， 电 压 值 ， 以 及 动 态 电 阻 等 丰富 信 息 。 从 而 依 据 这 些 数 据 来 精 准 的 分 选 电 池 能 大 幅 度 提 高 分选 精 度 ， 提 高 电 池 的 使 用 寿 命 。二 、 原 理1、 分 选 方 法 -按 伏 安 特 性 曲 线 分 选电 池 的 伏 安 特 性 曲 线 采 用 非 线 性 测 量 方 法 。 在 电 池 的 常 用 工作 电 流 区 间 提 高 采 样 频 率 或 减 慢 电 流 变 化 率 ， 从 而 获 取 更 丰 富 的电 压 和 电 流 数 据 。 而 对 于 不

8、常 用 的 电 流 区 间 可 采 取 降 低 采 样 频率 ， 提 高 电 流 变 化 率 的 方 法 获 得 相 应 数 据 。 也 就 使 曲 线 中 部 数据 丰 富 ， 为 分 选 提 供 大 量 的 参 考 数 据 。 从 而 进 一 步 提 高 分 选 精 度 。通 过 对 电 池 的 快 速 充 放 电 ， 在 数 毫 秒 之 内 同 步 测 量 单 体 电池 的 电 压 和 电 流 数 据 ，从 而 绘 制 出 一 条 从 过压 开 路 短 路 负 压 的 伏安 曲 线 （ 如 图 1-1所 示 ） 。 同 时 还 可 以通 过 过 电 压 的 测 试测 定 单 体 电 池

9、的 耐压 性 能 ， 通 过 最 大 输 出 功 率 点 的 对 比 可 以 确 定 配 组 后 矩 阵 电 池的 最 佳 工 作 电 压 等 。2、 配 组 方 法通 过 测 量 单 体 电 池 的 伏 安 特 性 曲 线 ， 将 曲 线 重 合 进 行 比 对 分析 ， 或 者 对 曲 线 上 的 动 态 特 性 数 据 点 （ 比 如 开 路 电 压 ， 短 路 电 流 ，最 大 输 出 功 率 点 等 ） 进 行 比 对 分 析 ， 进 而 挑 选 动 态 特 性 曲 线 一致 ， 关 键 动 态 数 据 相 近 的 单 体 电 池 进 行 串 联 或 者 并 联 ， 配 组 成独 立

10、 的 电 池 组 单 元 。 对 于 独 立 的 电 池 组 单 元 再 次 进 行 伏 安 特 性图 1-1 伏 安 特 性 曲 线曲 线 分 选 ， 从 而 挑 选 动 态 特 性 曲 线 和 关 键 动 态 数 据 相 近 的 电 池组 单 元 ， 最 终 组 成 矩 阵 电 池 组 。 依 据 “木 桶 效 应 ”， 所 组 装 的 单体 电 池 工 作 参 数 、 性 能 和 寿 命 基 本 一 致 ， 这 样 也 就 极 大 的 提 高 了矩 阵 电 池 的 性 能 ， 延 长 其 使 用 寿 命 。3、 测 试 分 析（ 1） 、 工 作 过 程 如 下 ：a) 将 电 池 依

11、次 放 在 电 池 检 测 设 备 （ 已 有 设 备 ） 上 ， 外 接 入 电源 ， 计 算 机 控 制 （ 已 有 技 术 ） 电 池 大 电 流 充 放 电 ；b)计 算 机 控 制 完 成 电 池 电 压 和 电 流 的 采 集 ， 生 成 伏 安 特 性 曲线 ， 将 结 果 保 存 ， 其 中 ： 当 电 池 充 放 电 回 路 中 电 流 为 零 时 ，对 应 的 电 压 记 为 电 池 的 开 路 电 压 UOC， 当 电 池 两 端 电 压 为零 时 ， 对 应 的 电 流 记 为 电 池 的 短 路 电 流 ISC；c) 通 过 电 池 的 开 路 电 压 UOC 和 短

12、 路 电 流 ISC， 利 用 R UOC/ISC计 算 出 电 池 的 内 阻 阻 值 R； 通 过 电 压 电 流 的 对 应 采 集 值利 用 P max UI 计 算 出 电 池 的 最 大 功 率 点 P;d)确 定 标 准 电 池 开 路 电 压 （ UOC） 、 短 路 电 流 （ ISC） 、 内 阻 阻值 （ R） 以 及 最 大 功 率 点 （ P） 的 误 差 范 围 ；e)根 据 标 准 电 池 的 开 路 电 压 、 短 路 电 流 、 内 阻 阻 值 以 及 最 大功 率 点 的 至 少 一 个 条 件 对 比 进 行 电 池 分 选 归 类 ； 也 可 以 利用

13、电 池 伏 安 特 性 曲 线 中 的 一 段 曲 线 对 比 标 准 曲 线 在 一 定 误差 范 围 内 进 行 分 选 。图 3-1、10Ah 锂电池测量数据（ 2） 、 曲 线 比 对 及 分 选图 3-2、单只 10Ah 锂电池实测伏安曲线图 3-3、多只同规格电池的实测伏安曲线图 3-4、满足分选条件的电池的伏安曲线三 、 特 点对 于 矩 阵 电 池 配 组 ， 动 态 分 选 是 不 可 取 代 的 。 虽 然 附 属 的 电池 均 衡 系 统 ， 能 在 一 定 范 围 内 起 到 均 衡 的 作 用 ， 但 均 衡 的 过 程 对于 矩 阵 电 池 中 的 容 量 偏 差

14、较 大 单 体 电 池 而 言 ， 实 际 就 是 更 大 电 流的 充 放 电 ， 容 量 偏 差 越 大 ， 单 体 电 池 的 工 作 电 流 也 越 大 ， 从 而 加剧 了 电 池 的 损 坏 ， 对 其 寿 命 造 成 影 响 。 采 用 动 态 特 性 分 选 的 矩阵 电 池 ， 能 提 高 分 选 精 度 ， 从 而 减 轻 均 衡 的 要 求 。 可 提 高 矩 阵 电池 寿 命 50%到 5 倍 以 上 。动 态 特 性 分 选 特 点 ：1、 分 选 速 度 快 ： 无 需 进 行 完 整 的 电 池 充 放 电 过 程 ， 仅 进 行 电池 的 大 电 流 放 电 过 程 （ 时 间 短 不 会 损 坏 电 池 ） 。 使 得 测 试 过 程 简单 、 效 率 高 ；2、 分 选 质 量 高 ： 电 池 分 类 利 用 电 池 的 开 路 电 压 、 短 路 电 流 、内 阻 、 最 大 功 率 点 或 者 在 测 试 过 程 中 的 特 性 曲 线 结 合 来 分 选 电 池 ，使 得 分 类 更 加 准 确 ；3、 使 用 方 便 ： 使 用 过 程 中 可 以 根 据 实 际 需 要 选 择 相 关 参 数 的结 合 ， 使 得 分 选 机 制 更 加 灵 活 。