锂离子电池组健康状况评估方法研究

当今世界，环境和能源问题日益突出，电动汽车的出现顺应时代潮流，在一定程度上缓解了危机。但目前电动汽车尚未普遍流行，其主要原因是电动汽车的动力电池性能还不能满足要求。锂离子电池以相对优越的性能，成为电动汽车动力电池的主流，锂离子电池性能的研究也成为热点。有关锂离子电池的研究除了电池本身的化学材料研究外，对电池管理系统的研究也如火如荼，但目前还停留在对剩余电量的精确估算，均衡控制策略，而对电池组健康状况的评估是目前电池管理系统的薄弱环节。 电池组健康状况（State of Health，SOH）描述了电池组随着使用次数的增加，实际容量不断衰减的过程。本文在阐述锂离子电池工作原理的基础上，论述了电池内部电极材料，电解质溶液，电极极柱等对电池衰减的影响；同时也分析了作用于电池的外部因素如充放电倍率，充放电截止电压，温度，连接方式等对电池性能的影响。 一般对电池SOH的研究主要集中在估算单体电池的SOH，对成组电池的SOH研究较少。本文提出从单体电池SOH和电池组的一致性两方面评估电池组的健康状况。通过建立单体电池模型，设计实验对模型进行参数辨识，获得电池内部特性。在对比不同电池的极化内阻与欧姆内阻之后，确定欧姆内阻对电池性能有重要影响，进而从剩余电量与欧姆内阻两方面评估电池组的一致性。根据电池在整个生命周期中可放出电量约为常数，所以可以确定单体电池的SOH，最后从单体电池SOH和电池组的一致性两方面评估电池组的SOH。 在对电池组SOH评估的基础上，本文对当前的电池管理系统进行了改进。目前的电池管理系统主要以端电压作为控制策略的判断依据，但实际上由于内阻的存在，端电压不能准确反映电池的剩余电量，所以为消除内阻的影响，本文在参数辨识的基础上，以开路电压作为充放电截止判断的依据。另一方面，传统的均衡策略是对当前电压最低的电池进行均衡，但事实上电压不能准确反映电池剩余电量，本文从均衡的本质及保护电池组的角度出发，提出对最低电量电池采用轮换均衡的方法，使各个电池性能保持一致，同时延长电池组寿命。