动力锂离子电池并联衰退机理分析

摘要：随着锂离子电池在电动汽车及储能领域里的广泛应用,锂电池成组技术逐渐成为研究的热点,但是,单体电池的不一致性严重影响到电池组的容量,性能,寿命,安全等多个方面。本文以磷酸铁锂和三元电池为研究对象,主要针对并联电池组寿命衰退影响因素及成组优化展开研究,具体研究内容和成果如下： (1)搭建了并联电池组充放电测试平台,选取了老化状态不同的电池进行并联测试,对支路电流不平衡情况进行了详细的分析；基于电池参数随SOC的变化规律,提出了SOC累积效应计算方法；针对磷酸铁锂和三元两种不同类型电池,说明了OCV对并联不平衡电流的作用机制。为寿命衰退机理的分析打下基础,明确了成组优化目标。 (2)制定了完善的并联电池组寿命测试方案,分别通过等效电路模型参数分析,不平衡电流分析,dQ/dV峰值曲线分析,对不同类型,不同不一致程度组合的并联电池组寿命衰退因素进行了研究,详细分析了内阻、极化和容量对电池不平衡电流的影响,不平衡电流对电池组老化的影响,以及并联电池与单体电池老化机理的异同,对比了不同类型电池的作用机理,得出并联电池组衰退速率最大影响因素为电池间不一致程度的结论。 (3)基于等效电路模型的方法和基于充放电曲线二分法,分别建立了两种并联电池组不平衡电流的仿真模型。同时通过实际的测试数据验证了两种方法的仿真精度,并对两种方法进行比较,指出两种方法各自的适用条件和适用范围。另外针对并联电池组的仿真方法进行扩展,并提出了两种基于模块化的混联电池组的仿真方法。 (4)研究了电池内阻、容量、初始SOC、充放电倍率等单一变量对支路电流的影响程度,提出了容量和内阻的匹配方法,以及浅充浅放和末期静置的电池组使用方法,对比了先串后并和直接并联两种连接方式下电流不平衡度,并基于先串后并的基本思路,评价了最小单元模块化的重要性；针对不同并联和串联数量的最小单元拓扑结构,提出了一种分析连接方式对电池组性能影响的研究方案。综合分析了串并联电池数量对电池组不平衡电流的影响,为实现电池优化筛选、优化成组、优化运行提供引导。