電動(dòng)汽車(chē)鋰電池管理系統的研究與實(shí)現

二十世紀九十年代以來(lái)，鋰離子電池的研究和生產(chǎn)都取得了重大的進(jìn)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應用也越來(lái)越廣泛，近年來(lái)，鋰離子電池也被研究人員用在電動(dòng)車(chē)車(chē)上用作動(dòng)力能源，成為電動(dòng)車(chē)發(fā)展的一個(gè)新趨勢。本章首先介紹和電池有關(guān)的基本概念，然后介紹其鋰離子電池的特點(diǎn)和在電動(dòng)車(chē)上的應用。

1.1充放電相關(guān)的基本概念

單體電池、單個(gè)電池和電池組：?jiǎn)误w電池（Cell）是指電動(dòng)勢為2V（鉛酸）或1.2V（鎳氫）或3.6V（鋰電池）左右的蓄電池，是組成單個(gè)電池的基本單元；幾個(gè)單體電池封裝組成單個(gè)電池，簡(jiǎn)稱(chēng)電池（Battery）；電池組（Battery Pack）由若干個(gè)電池串聯(lián)而成。

電池的容量：指一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量，一個(gè)電池有理論容量、實(shí)際容量、額定或公稱(chēng)容量和額定儲備容量之分。用Ah（安時(shí)）數、mAh（毫安時(shí)）表示。

理論容量：理論容量是指假設活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應所給出的電量。它是根據活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉弟定律計算得到的。為了比較不同系列的電池常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，常以Ah/Kg或Ah/L表示。

實(shí)際容量：實(shí)際容量是指在一定的放電條件下電池實(shí)際放出的容量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。其值小于理論容量。計算方法是：

式中，C為實(shí)際容量，U為放電電壓，I為放電電流，R為放電電阻，T為放電至終止電壓的時(shí)間。

額定容量：額定容量是指設計和制造電池時(shí)，按國家或有關(guān)部門(mén)頒布標準規定或保證電池在一定放電條件下應該放出的最低限度的電量。如電動(dòng)車(chē)規定為C/3放電率下放出的容量。

額定儲備容量：國際電工學(xué)會(huì )（IEC）標準中規定汽車(chē)型蓄電池的容量用額定容量和儲備容量表示均可。我國采用額定容量。指不分電池規格大小，一律以25A電流放電，到終止電壓1.75V時(shí)的放電時(shí)間以分鐘計。對規格不同的電池，規定不同的放電時(shí)間。

電池的能量是指在一定放電條件下，電池所能給出的電能，通常用Wh表示。

電池的功率是指電池在一定放電條件下，于單位時(shí)間內所給出能量的大小，單位為W（瓦）或KW。單位重量電池所能給出的功率稱(chēng)為比功率，單位W/kg或KW/kg.

充電狀態(tài)SOC（State Of Charge）：是描述電池荷電狀態(tài)的一個(gè)重要參數，通常把在一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態(tài)理解為充電狀態(tài)（SOC）為100%，而將電池再不能放出能量的狀態(tài)理解為充電狀態(tài)（SOC）0%.

式中Cr是剩余電量，CT為電池標稱(chēng)容量，即在規定電流和溫度下處于理想狀態(tài)時(shí)的所能放出的容量。Qe已用電量。ωi為不同放電電流和溫度下的電量加權系數；

放電深度DOD（Depth Of Discharge）：DOD = Qe/CT，DOD=1－SOC。
充電深度DOC（Depth Of Charge）：電池可能放出的電量與實(shí)際電池容量的比。

DOC =（Ct－Qe）/Ct
式中Ct為實(shí)際電池容量，與放電電流和溫度有關(guān)。DOC的值不僅與當前狀態(tài)（SOC，溫度，電流等）有關(guān)而且與將來(lái)電池的放電情況有關(guān)，因此DOC比SOC更能反映電池的實(shí)際情況。

充電接受能力（charge acceptance）：在蓄電池充電時(shí)，用于進(jìn)行充電反應的電流與總的充電電流之比。

即：a=IA/I
a——充電接受能力
IA——用于進(jìn)行充電反應的那部分電流
I——總的充電電流

電池放電的電壓拐點(diǎn)：通過(guò)電池的放電實(shí)驗發(fā)現當電池的電壓降到某點(diǎn)時(shí)，繼續放電其電壓會(huì )急劇下降，dv/dt數值很大，該點(diǎn)稱(chēng)為拐點(diǎn)。該點(diǎn)標示了電池電量已告罄，在拐點(diǎn)之下工作會(huì )造成對電池壽命的損害。如圖1.1所示。電池的實(shí)際容量就是電壓下降到拐點(diǎn)前所能釋放的電量。

放電率：指用放電時(shí)間來(lái)表示的電池放電速率，用公式表示如下：放電電流電池容量
放電率（ h）=電視容量/放電電流

老化：電池在開(kāi)始使用初期的一段時(shí)間內，電池容量增加大約5％——15％。接下來(lái)的一段時(shí)間，電池容量基本不變。然后就開(kāi)始逐漸減少。當電池容量衰減到額定容量80％時(shí)，就可以認為電池的壽命結束了。

充放電周期（Cycle）：電池從充電開(kāi)始到放電，再到下一次充電開(kāi)始前稱(chēng)為一個(gè)充放電周期。

循環(huán)壽命（Cycle_Life）：蓄電池在其實(shí)際容量降低至某一規定值之前所經(jīng)歷的充放電周期數。通常用來(lái)定義蓄電池的使用壽命。一般來(lái)講，放電深度不同，電池壽命也不同。

恢復效應：電池在非連續放電的條件下，放電一段時(shí)間后，空載開(kāi)路或從大電流變?yōu)樾‰娏鞣烹?，電池內部的電荷將進(jìn)行重新分布而至平衡，這時(shí)電池的端電壓回升，在小電流放電下仍能放出一定電量。