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混合电动车用MH—Ni电源系统若干问题探讨

作者:时间:2011-06-23来源:网络收藏

2.1 电池的容量

  在应用过程中,电池容量的一致性是无法进行检测的,主要应考核初始状态时(即系统电池组装配前)各电池容量的一致性。

  在前面SOC情况的讨论中,可以知道,SOC的最大偏差可以允许13%,这也是电池容量差别的最大允许要求,即低于此偏差即不影响系统的正常应用。


  在实际生产中,目前大部分厂家都控制在5%,这已经能够完全满足电动车的要求。

  2.2 电池的电压

  电池电压的一致性与SOC有较大关系。首先要确定电压一致性的判别方法。在低于20%SOC下,电池的电压差别是比较明显的。如0~1.2V,均可视为SOC=O%。20%的SOC,电压在1.25V左右,与0%SOC电压差别至少在50mV左右(此时10组合电池模块可能达到500mV以上)。而在20%~80%SOC,电压差别很小,电压在1.25一1.35V范围内。此电压指电池的开路电压,而且一般开路时间比较长(4h以上)。随着开路时间的增加,在20%~80%SOC范围内的电压差别会更小,如自放电搁置28d,其电压差别可能仅有30mV左右。在80%SOC以上,电压也会有比较大的差别。因此,依据开路电压来判断,无法制定统一的标准。从一致性的目的来说,主要是不影响系统的正常应用,因此应考虑电池在使用过程中的一致性。

  从电池的充放电曲线我们可以知道,在低予20%SOC和高于80%SOC时,电池的电压发生急剧变化,因此在超出此范围考察一致性也无很大意义。

  实际使用的SOC范围在20%~80%之间,电压比较平稳,主要应考察这一区间各电池电压的一致性。从实际生产经验考虑,在此段充电或放电时,各电池的电压差别不应超过5mV(无论何SOC)。

  2.3 内阻的一致性

  内阻分为欧姆内阻(标准1kHz下的交流内阻)和直流内阻(大电流短时间充电或放电测得)。应用于HEV的MH—Ni电池内阻相对较小。例如40Ah电池,其电池内阻正常都在1~1.2mQ,但其检测精确度与测量设备有较大关系。某些设备、仪器只要操作上稍有偏差,带来的测量误差就比较大,正常就有20%左右的误差。一般来说,只要电池合格,性能正常,在此偏差范围内电池性能不会差别较大。但超出此范围,电池性能可能会有差异,如电池制作过程中的虚焊等,虽然对电池容量无较大影响,但会对功率性能有影响,通过欧姆内阻的检测可以分辨出来。因此内阻偏差一般控制在±20%的范围内为宜。

  直流内阻更能反映电池应用过程中内阻的一致性。但在生产、应用过程中,是不可能对每只电池进行直流内阻检测的,不适宜作为考核的依据。

  具体涉及到整个,另一个考虑的问题是电池之间的连接电阻,这一部分一定要控制一致性。因为此部分电阻稍大,在使用过程中就会发热,从而带来一系列的问题。但此部分内阻本身很小,只有零点几个毫欧,不容易直接检测,可以在充放电过程中检测其上的电压降来控制,其一致性可以根据电池的连接方法、工艺等加以控制。

  2.4 温度的均匀性

  温度是对MH—Ni电池性能影响最大的因素之一。温度不均匀不仅影响到电池使用过程中容量的一致性和对SOC的判别,更重要的是由于温度不均匀,会使温度高的部分电池衰减速度加快,从而影响整个系统的使用寿命。温度的一致性主要是针对考察系统冷却结构设计而言,指在使用过程中内部各电池所处周围的环境温度的差异程度。

  对MH—Ni电池在不同温度下的放电功率、容量以及充电效率等研究表明,在O~30℃,温度每变化5℃,电池功率变化4%~5%(随温度升高而升高),在O℃以下和30℃以上,温度每变化5℃,功率变化在2%~3%;在0℃以上,环境温度对放电容量的影响不大,但低于此温度,每差10℃,放电容量相差30%~50%;对于充电效率,在30—50℃(一般电动车使用最高温度限制在50℃),温度每升高5℃,充电效率(库仑效率)会下降5%左右。

  随着温度的升高,合金腐蚀速度加快。松下公司的研究表明,当环境温度分别从60℃一70℃寸80℃上升时,贮氢合金的寿命系数分别从1.59。79_0.40递减。即以60℃为起点,温度每上升10℃,合金寿命缩短一半。在应用过程中,最高温度一般控制不超过55℃。

  MH—Ni电池使用过程巾的问题主要是高温问题,一方面要控制最高应用温度,避免出现热失控等问题;另一方面,按照一卜面生产控制电池容量差别不超过5%及上述分析,使用过程中电池包内各电池的环境温度差异最高不应超过5℃。日本丰田Prius车的电池包温度差异控制在不超过5℃(在较低环境温度下可以达到10℃),本田Insi曲t车则相对较低,不超过3℃。



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