?一車輛主要技術規(guī)格及電池關鍵設計

文章出處：電源責任編輯：上海意泓電子科技有限責任公司發(fā)表時間：

2020

11-10

我最近將私家車改造為一輛電動車 (EV)，而作為一名工程師，我無論如何要搞定它。

圖1顯示的是我收到的電池；我只知道這些電池是從一輛改造后的保時捷944 EV上卸下來的，充/放電大約200次。電池賣家對于改造后的性能不太滿意。他把改造不成功的原因主要歸咎于沒選好車輛的形狀。由于沒有足夠的預算來進行全面改造，車輛的平衡性、操控性很差，并有安全隱患。因此，他打算從頭來過，設計一款全新車輛。而他原來的電池也就不太適合他的新項目了，但是對于我來說足夠用了，并且價錢只有新電池的三分之一。僅僅作為一名低用量用戶，我沒有接觸過最佳的鋰離子電池技術，如果選擇了二手電池，那么我也不知道它們是否曾經(jīng)用在同一電池組或環(huán)境中。我只能有多少錢就辦多少事了。我不知道組成電池組的數(shù)個串聯(lián)在一起電池是否是同時生產(chǎn)的！但是我能找到節(jié)省大筆開銷的二手電池—機不可失，失不再來。

圖1 – 二手160Ah LiFePO4電池

如你所見，到貨時，這些電池屬于不同的分組，其原因是它們遍布在車輛全身，只要有地方就行，機蓋下方和后門都有。我不知道這些電池是何時購買的（一塊兒買的還是分開買的），這些電池曾經(jīng)在何種溫度下工作，是否由電池管理系統(tǒng) (BMS) 進行監(jiān)視和/或管理，以及它們的充電方式。

正常情況下，由于來自電池生產(chǎn)線，為原廠設備制造商 (OEM) EV使用而生產(chǎn)的全新電池組由良好匹配的單電池構成，并且直接組裝。這些單電池將始終是同時充電，一起使用，并且用同樣的算法進行管理。大多數(shù)OEM應用還有一些類型熱管理的功能，以確保電池組中的所有單電池在運行環(huán)境中保持同樣的運行狀態(tài)。

由于會導致單電池阻抗的變化，溫度對單電池的性能會產(chǎn)生最大的影響。如果對所有單電池施加相等的負載，但是某些單電池處于不同溫度中的話，它們將會受到電池材料額外膨脹和收縮的影響。這都會導致非常不同的老化特征。其結果是充電不匹配，其原因就是單電池的老化速度不同；很快就會出現(xiàn)容量不匹配。如果聽之任之，電池組總容量會受到最低單電池電壓的限制，從而導致車輛行駛里程的降低。

基本電池組設計原則：

當?shù)谝粋€單電池充滿電時，必須停止充電。
當?shù)谝粋€單電池無電時，放電必須終止。
弱蓄電池節(jié)比強蓄電池老化得更快。
弱蓄程度最高的電池節(jié)將最終限制電池組的可用電量（最弱環(huán)節(jié)）。
電池組中的系統(tǒng)溫度梯度使運行在較高平均溫度的電池節(jié)變?nèi)酢?/p>
在不使用均衡的情況下，在每個充放電周期中，最弱蓄和最強蓄單電池之間的電壓差將增加。最終，其中一個單電將始終接近最大電壓，而另外一個單電池接近最低電壓→從而阻礙了電池組的充放電能力。

由于這些電池再也不會像它們最初使用時那么相互匹配，而且由于我的安裝方式將使它們處于不同的溫度環(huán)境中，我必須做好單電池均衡。

鋰離子電池主要出現(xiàn)兩種不匹配；充電不匹配和容量不匹配（請見圖2）。充電不匹配在容量相同的單電池所容納的充電量逐漸差生差別時出現(xiàn)。容量不匹配出現(xiàn)在同時使用初始容量不同的電池節(jié)時。由于電池組通常由幾乎在同一時間生產(chǎn)的單電池組裝而成，這些單電池的制造工藝也相差無幾，所以單電池通常情況下匹配良好，只有充電普匹配會比較常見。然而，如果電池組由來源不明的單電池組裝而成，或者在制造工藝方面差別很大的話，也有可能出現(xiàn)容量不匹配。

主要有兩種電池均衡：被動均衡和主動均衡。這里列出了基本功能和它們各自的優(yōu)缺點：

被動均衡：