2新能源汽车动力电池组维护特性研究报告

新能源汽车动力电池组维护特性研究报告

1选题背景

2研究内容

3基础准备

4仿真分析

5研究结论

1选题背景

在当下，雾霾等环境问题关系到每个人的健康，而中国制造2025又为中国工业指出了新的发展方向，综合二者，进行新能源汽车的技术开发，既满足了人们绿色出行的需要，又是中国制造转型升级的绝佳方向。

据统计2016年我国新能源汽车生产51.7万

辆，销售50.7万辆，其中纯电动汽车生产41.7

万辆，销售40.9万辆。可见，新能源汽车的发

展重点是纯电动汽车，而纯电动汽车的技术瓶颈

是动力电池技术。

随着纯电动汽车越来越多的上路行驶，不佳

的行驶里程和电池衰减较快成为纯电动汽车推

广的制约因素，而动力电池的可靠性和衰减后高

昂的更换费用成为人们担心的问题，这些都和动

力电池的合理使用及维护有莫大的关系。

动力电池的使用与维护技术的发展与新能源汽车在同步发展与成长，都是发展初期。目前，还没有成熟或可靠的动力电池使用与维护技术，甚至理论方面的总结，故而开展这方面的研究有其必要性，而且还有着很好的社会效益和经济效益。

2研究内容

接合我校汽车检测与维修技术专业和新能源汽车技术专业以及我校与河南豫清新能源汽车产业公司合建的新能源汽车动力电池管理与维护重点实验室，本项目组选择了新能源汽车动力电池组维护特性开展了一些基础的研究。

新能源汽车动力电池维护技术包含动力电池充放电特性、动力电池不一致性、动力电池特征参数测定、动力电池全生命周期维护技术、动力电池再生技术等。

本项目组集中于动力电池不一致性及维护特性进行了初步研究。

3基础准备

动力电池是指用于动力机械，多指电动车辆的电池，因区别于启动电池（用于启动发动机），故称动力电池。如今纯电动汽车的动力电池多用锂电池，包含三元锂和磷酸锂铁等电池类别。

动力电池按外形可分为圆柱，如18650电池；棱柱形电池和软包电池；按组成电池组又分为电池单包（cell）、电池模块（module）和电池组（pack）。

动力电池的描述有容量、电压、欧姆内阻、极化内阻、极化电容、

开路电压OCV、荷电状态SOC、健康状态SOH、自放电率等多项参数。

在众多动力电池参数中，容量和内阻是最为关键的特征参数。在研究中，我们针对容量概念再细化，提出容状概念，即容量的形状，以利于理解SOC与电压的关系。

无论哪种电池类型，其单体电池的电压和容量都无法满足电动汽车的需求，为了达到一定的电压、功率和能量等级，必须通过串并联的方式组成电池组，为电动汽车提供能量。然而实践发现，即使电池成组经过了严格的筛选，在实际使用时，电池组在容量利用、安全性及寿命等方面的性能依然远不及单体电池，其核心问题在于电池组的不一致性。

电池组的不一致性在电池参数上表现出正态分布的特征，因为电池是成批生产，当有多个生产因素，并互不影响下，单个电池的各个参数表现出正态分布的特性，当用18650动力电池组成动力电池组时，往往选择上千节，如特斯拉Model S85选用的18650电池超过七千节，即多个个体电池在成组后，同样会表现出正态分布的特性。

动力电池组在使用中，因温度不均、自身老化等因素，电池的不一致性会随时间出现峰值下降，散度增加的趋势，最终个体电池会失去工作能力，导致故障发生。

故而现今的多数新能源汽车厂商的动力电池系统除了电池组还含有电池管理系统即BMS。BMS起到监测电池参数、向车辆发送SOC

值、管理充放电、对电池进行能量管理等功能。其中，对电池能量管理包含电池均衡即是缓解电池不一致性的主要技术。电池均衡技术分为主动均衡和被动均衡。现在实际中基本是被动均衡技术，主动均衡还处在研究和样机阶段。

均衡技术还要和电池成组方式相适宜，现在电池成组方式基本是先并后串，如北汽EV200，采用了3P91S，标定电压332.1V，总容量30.4kWh。其BMS采用了美信第四代电池监测芯片MAXIM17823和飞思卡尔的汽车级32位单片机MPC5646芯片。其监测了全部91节电池的电压和温度信号。

动力电池BMS技术、成组技术和一致性是动力电池使用及维护的关键。

本研究报考讨论了成组技术和一致性分析。

4仿真分析

动力电池成组技术中，并联增加容量，提供了续航里程；串联提高了电压，减小了导线的直径和重量。即动力电池组均需串联和并联使用。而单体电池不可避免的一致性问题，在大量单体电池的成组中，随老化等因素导致不一致性增大，最终导致动力电池组失效。

对于成组技术的讨论

电池成组时可以分为并联或串联，以三元系锂离子电池为对象，单节电池一般为2Ah、4V，则以北汽EV200电池组360V，90Ah需45节电池并联、90节电池串联，串联数字是并联的一倍。

"

""

"""

""

考虑到电池出厂时参数基本一致，则先并后串时，并联单排有

45节电池，按正态分布，各排之间参数会散步较大，各排间一致性较差；若先串后并时，串联支路有90节电池，按正态分布，支路间参数会比较接近，支路间一致性较好。

所以先串后并的方案能较好的消除不一致性。

对于串并联的一致性讨论

参考《磷酸铁锂电池组成组过程的不一致性分析》清华大学学报

（自然科学版）2012年第7期，李腾、林成涛、陈全世，清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的研究结果。利用AMEsim 软件设计了2

节和4节单体电池成组的串并联连接，进行了一致性仿真实验。

在AMEsim 中选择Electric Storage 库，其符号和数学模型为

⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎨⎧−−+=−==2

^*41*022.088.2100soc e soc OCV R OCV U I C I dt dSOC in in n in 仿真参数设置如下