一致性对动力电池系统性能的影响

电动汽车的动力性、续驶里程取决于电池的性能.电池不一致性是影响电动汽车整车性能的主要因素。根据电池组不一致性对电池性能影响方式不同和作用原理不同,可以把电池的不一致分为容量不一致、电阻不一致和电压不一致。

容量不一致

容量不一致性的影响可以分为3个方面:

①电动汽车行驶距离相同,因容量不同,电池的放电深度也不同。在大多数电池还属于浅放电情况下,容量不足的电池已经进入深放电阶段段,并且在其他电池深放电时,低容量电池可能已经没有电量放出,成为电路中的负载。

②同一种电池都有相同的最佳放电率,容量不同,最佳放电电流就不同.在串联组中电流相同,所以有的电池以最佳放电电流放电,而有的电池达不到或超过了最佳放电电流。

③在充电过程中,小容量电池将提前充满,为使电池组中其他电池充满,小容量电池必将过充电,充电后期充电电压偏高,甚至超出电池电压最高限,形成安全隐患,影响整个电池组充电过程。

以上3个原因,使容量不足的电池在充放电过程中进入恶性循环,提前损坏。

1)串联组

在放电过程中,串联组中电流相同,内阻大的电池,电压降大,能量损失大,产生大量热量,而温度越高,内阻越大,能量损失越大.若热量不能及时散失,电池温度将持续升高,可能导致电池变形甚至爆炸的严重后果。

在充电过程中,由于内阻不同,分配到串联组每个电池的充电电压不同,将使电池充电电压不一致,随着充电过程的进行,内阻大的电池电压可能提前到达充电的最高电压极限,由此为了保证充电安全而不得不在大多数电池还未充满的情况下停止充电。

2)并联组

在放电过程中,各并联组电压相同,内阻大的电池,电流小.内阻小的电池,电流大。从而使电池在不同的放电率下工作,影响电池组寿命.同时电池放出能量不同,使相同工作条件下,电池放电深度不同。

在充电过程中,由于内阻不同,分配到并联组的充电电流不同,所以相同时间内充电容量不同,即电池的充电速度不同,从而影响整个充电过程.在实际的充电过程中,只能在防止充电快的电池过充电和防止充电慢的电池充不满之间采取折衷方法。

电压不一致

电压不一致主要影响在于并联组中电池的互充电,当一节电池电压低时,并联组中其他电池将给此电池充电.这种联结方式,能量将损耗在互充电过程中而达不到预期的对外输出。

案例分析

电池不一致性在充满电时还表现不很明显,但经过一段行车后(浅放电阶段),直观从电压角度将呈现出一定的不一致性,在电池深放电(80%以上)时电池不一致性将是影响电动汽车续驶里程的重要因素。

上图显示了BJD6100-EV电动大客车采用的锂离子电池组在不同放电情况下电池电压的不一致情况.从图中可以看出,在80%放电的情况下,单电池的最高电压为3.3V,在电池的正常工作电压范围(2.8～4.25V)之内;最低电压为2.5V,超出了电池的最低电压,电池间的电压差为0.8V。在此情况下继续放电,电压较低电池因没有能量可以放出,将产生永久性损坏。

若坏电池没有及时发现,使其和正常电池一起使用,它将成为电池组的负载,影响其他电池的工作,进而影响整个电池组的寿命。所以在电池组不一致性明显增加的深放电阶段,不能再继续放电.车辆良好的动力性源于高功率,电动汽车的高功率需要电池大电流放电,而大电流放电将加剧不一致性的形成。因此,电动汽车的最大放电电流受到限制,从而影响了电动汽车的动力性。

BJD6100-EV锂离子电池电动公交车运行试验证明了电池不一致性对电动汽车性能的影响.随着行驶里程的增加,电池的不一致将进入恶性循环.最直观反映为运行一段时间后出现的电池电压不一致性增加.装车时,充电后单电池电压的不一致性在0.1V以内,行驶2500km后已经达到0.2V。