淺談?chuàng)Q電模式電動汽車動力電池運行管理

陳祥基

摘 要：隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，我國的能源、環(huán)保問題日益突出。電動汽車以自身具有的零排放污染、噪聲低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，將成為未來我國車輛發(fā)展的主要技術(shù)方向，并被世界各國所重視。動力電池作為電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)，對于實現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化具有十分重要的作用。換電模式下動力電池的日常運行維護是保證電動車輛安全使用的主要措施之一。

關(guān)鍵詞：電動汽車；動力電池；運行管理

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0142-02

動力電池的運行管理主要是對動力電池的電壓、充電電流、溫度、剩余電量（SOC）等參數(shù)進行常態(tài)的監(jiān)測。另一個重點內(nèi)容是周期性對動力電池進行均衡充換電檢測及正負極絕緣電阻的測量，以分析電池正常的工作性狀和故障狀態(tài)，進行故障診斷，隔離故障電池，保證電池使用過程的安全。

1 電動汽車動力電池種類概述

目前，電動汽車電池的種類主要有鉛酸蓄電池、鋰離子電池和燃料電池；鋰離子電池主要使用鋰金屬或者鋰合金作為負極材料，運用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池的能量約為100 Wh/kg。具有能量高、質(zhì)量小、無記憶效應(yīng)、可快速充電、使用壽命長、自放電效應(yīng)小、比功率高以及無環(huán)境污染等優(yōu)點，但是其價格昂貴。近年來，鋰離子電池被世界各國的汽車公司所重視，是最好的動力源，有十分廣闊的市場前景。

2 電動汽車動力電池的運行管理

對鋰離子電池的工作特性與影響剩余容量的因素進行分析，旨在有效的實現(xiàn)對鋰離子電池進行實時監(jiān)控，并延長鋰電子電池的使用壽命，提高電池的能量效率與運行的安全可靠性。

2.1 鋰電子電池的工作特點

①高能量密度。由于鋰離子具備多種電極材料，每一種的電極材料的能量密度不同。按照質(zhì)量進行計算，密度在150～200 Wh/kg；按照體積進行計算，密度在250～530 Wh/kg。

②開路電壓高。電池電壓的大小和電池的電極材料有關(guān)，通常情況下。范圍在3.3～4.2 V，是Ni-Cd、Ni-H電池的三倍。

③輸出功率高。輸出功率與電極材料有關(guān)，通常為300～1 500 W/kg。

④無記憶效應(yīng)。磷酸鐵鋰電池不具有記憶效應(yīng)。電池處于不完全放電的狀態(tài)時，能夠隨時進行放充電工作，維護比較方便。

⑤充電速度快。能夠在1C或者1C以上的電流下進行充電，并且在短時間內(nèi)能夠充入80%～90%電量，極大地提高了充電效率。

⑥工作溫度范圍廣泛。鋰電子電池的溫度范圍比較廣泛，在溫度-20 ℃～50 ℃范圍內(nèi)能夠正常工作。

2.2 影響鋰離子電池剩余容量的因素

鋰離子電池的充放電過程只一個比較復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程。電池剩余容量主要隨著電動汽車行駛情況的變化而發(fā)生變化，另外，還受到電池的內(nèi)阻、自放電率、溫度以及充放電循環(huán)次數(shù)等因素的影響。

①電池內(nèi)阻。電池內(nèi)阻主要分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。其中，歐姆內(nèi)阻指的是由電池本身具備的電極材料、隔膜和電解液產(chǎn)生，和電池自身的結(jié)構(gòu)、大小有關(guān)。極化內(nèi)阻指的是受到電化學(xué)反應(yīng)與濃度差的影響出現(xiàn)的。在鋰電子電池充放電時，歐姆內(nèi)阻變化不大，但是其正負兩級在化學(xué)反應(yīng)下所產(chǎn)生的極化內(nèi)阻會隨著電流、剩余電量和溫度的變化而發(fā)生變化。

②自放電率。電池處于靜止狀態(tài)時，內(nèi)部存在一些雜質(zhì)，導(dǎo)致電池的正負極材料被不斷消耗，進而減少電池的實際可用量。通常情況下，溫度給自放電的影響比較大，電池類型不同，電池的自放電速度也就不同。

③溫度。電池所處于的溫度環(huán)境對電池容量有很大的影響。當(dāng)溫度過高時，那么電池內(nèi)部的化學(xué)活動增加，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，進而增加電池容量；當(dāng)溫度過低時，那么電池內(nèi)部的化學(xué)活動減少，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，進而增減少電池容量。

④充放電循環(huán)次數(shù)。電池的容量會受到充放電次數(shù)的增加而不斷減少。充電循環(huán)次數(shù)越多，那么內(nèi)部活性的物質(zhì)能力就越低，進而降低了電池的充放電效果。

2.3 電池狀態(tài)的基本信息管理

電池狀態(tài)信息的管理是電動汽車動力電池運行管理的重要組成部分，其主要包括了動力電池的電壓、電流和溫度。電池的狀態(tài)信息是對電池的實時狀態(tài)進行監(jiān)控的重要依據(jù)。只有在確保檢測準確的前提下，才能夠有效的保護電池，延長電池的使用壽命。

①電壓和電流的管理。對電池進行電壓檢測，是對電池工作情況進行衡量的重要指標，電池電壓值的檢測與采集是保護電池的重要依據(jù)。電流作為電池狀態(tài)信息中的重要參數(shù)，其測量的精度對電池的估算電池荷電狀態(tài)方法估算出的精度有直接的影響。因此，電流的采集精度、抗干擾能力與誤差要求較高，對電壓值進行采集測量主要對電池組和單體電池進行采集測量。

②溫度。在對鋰離子電池組進行充放電時，由于充電電流較大，會產(chǎn)生一定的熱量。另外，外界的環(huán)境溫度會對電池組的溫度產(chǎn)生影響。電池自身的溫度會對電池的充放電效率產(chǎn)生直接的影響。如果電池溫度過高，那么溫度值會給電池帶來不可恢復(fù)的損壞，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸情況。因此，對電池的溫度進行管理是十分有必要的。根據(jù)電池箱中電池的分布狀態(tài)，在每一組電池中都設(shè)置一個溫度測量點，對每一個電池組的溫度情況進行測量，有效的避免電池在工作過程中出現(xiàn)過溫現(xiàn)象，有效的延長電池的使用壽命。

2.4 動力電池日常檢測項目

汽車用動力電池由于使用工況復(fù)雜、使用環(huán)境惡劣，電池在使用過程中影響到安全的主要故障形式是漏液，進而引起短路、過流和起火；漏液后電池對外的性狀主要表現(xiàn)為正負極對地絕緣電阻偏小，出現(xiàn)正負極的虛電壓，因而可以通過測量正負極絕緣電阻，比較測量結(jié)果R與出廠定值最小值Rmin的差異，即可判斷絕緣電阻是否有損壞，從而采取進一步的故障處理措施；因此除了常態(tài)化監(jiān)測項目外，可根據(jù)電池的實際使用頻率，每月或每季度進行一次絕緣電阻集中測量是非常必要的；另外對于均衡充換電檢測，由于這個項目檢測的時間長，可根據(jù)實際情況進行抽樣檢測和在特列情況下（如電池發(fā)生異常的碰撞、涉水等情況下）的檢測。

3 結(jié) 語

總而言之，通過對換電模式的電動汽車動力電池運行管理進行詳細的分析，加強對動力電池的電壓、電流、溫度、剩余電量、絕緣電阻及充換電均衡等方面的管理，保證電池使用過程的安全。

參考文獻：

[1] 朱建新，鄭榮良，卓斌，等.電動汽車動力電池高壓電測試系統(tǒng)的研究[J].汽車工程，2007，（12）.

[2] 廖曉軍，何莉萍，鐘志華，等.電池管理系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢[J].汽車工程，2006，（31）.

[3] 付進軍，齊鉑金，吳紅杰，等.一種車載鋰離子電池組動態(tài)雙向均衡系統(tǒng)的研究[J].中國測試技術(shù)，2005，（3）.

[4] 姜久春.電池管理系統(tǒng)的概況和發(fā)展趨勢[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2007，（11）.

[5] 陳全世，林成濤.電動汽車用電池性能模型研究綜述[J].汽車技術(shù)，2006，（31）.

[6] 徐臣，李躍武.電動汽車充換電設(shè)施新型經(jīng)營模式初探[J].能源技術(shù)經(jīng)濟，2011，（9）.