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【技术】基于电芯替换的电动汽车动力电池组维护方法

导读: 以下分析某电动汽车动力电池组可用容量骤然下降的现象,指出“短板电芯”是导致可用容量下降的原因之一,提出用电芯替换方法来提高串联电芯的一致性水平。试验结果表明使用该方法可使某性能异常的磷酸铁锂电池组(80V 60Ah)实测循环寿命从158次提高至629次。

  锂电池凭借其能量密度高、体积密度高、工作电压高、无记忆效应、自放电低且无污染等优点,成为电动汽车动力源的最佳选择。为满足电动汽车功率驱动需求,一般需要将锂电池电芯串联使用以提高电压等级。

  串联电池组存在循环使用寿命达不到设计寿命的问题,一方面是在串联电池组的实际应用中,个别电芯的衰减速率明显快于其他电芯,从而影响该电芯所在电池组的性能;另一方面是各电芯的充/放电特性不一致,电芯的充/放电特性差异会造成充/放电时电量的不平衡,从而对过充电或过放电的电池造成损害,影响整个电池组的使用寿命。

  运营数据表明,采用传统充电方式,锂电池组(80V 60Ah磷酸铁锂电池组)充/放电近500多次循环后,实际可用容量降为原来的80%左右,而且随着充电次数的增加,实际可用容量还将进一步下降。

  显然,如何维持动力电池组的可用容量和延长使用寿命是目前急需解决的重要问题。此外,某些电池组在使用过程中循环寿命严重低于正常值。以下分析某电动汽车动力电池组可用容量骤然下降的现象,指出“短板电芯”是导致可用容量下降的原因之一,提出用电芯替换方法来提高串联电芯的一致性水平。

  试验结果表明使用该方法可使某性能异常的磷酸铁锂电池组(80V 60Ah)实测循环寿命从158次提高至629次,提高了成组动力电池组的实际可用容量和循环使用寿命。

  1.某动力电池组循环寿命测试分析

  1.1 动力电池组循环寿命测试方案

  动力电池组主要由24节磷酸铁锂电池电芯、电池管理系统以及电连接器等组成。每节磷酸铁锂电芯参数为3.2V60Ah。

  使用循环充放电测试仪对动力电池组进行循环寿命测试,试验方法和步骤如下:

  (1)20℃下静置10min,以87.6V电压30A电流恒流充电,然后恒压充电至电流为3A时,充电停止;保护电压3.7V,当电芯电压超过3.7V时充电立即停止;

  (2)静置10min,5A电流恒流放电至2.8V;

  (3)重复步骤(1)-(2),循环至初始容量的80%左右,统计循环寿命。

  记录的过程数据包含:时间、端电压、电流、温度、充放电容量、压差、24 节电芯各自的电压。

  1.2 动力电池组循环寿命测试结果

  电池的循环使用寿命是评价电池性能的一项重要指标,指以电池充电和放电1次为1个循环,按照一定测试标准,当电池容量(一般为放电容量)降到某一规定值(一般规定为初始容量的80%)以前,电池经历的充/放电循环总次数。

  根据以上测试方案,电池组的初始容量为60Ah,当电池组循环过程中低于48Ah时,停止测试,统计循环次数为159次。

基于电芯替换的电动汽车动力电池组维护方法

  循环寿命测试曲线如图1所示。电动汽车动力电池组循环寿命159次后,放电容量已经下降到47.9Ah,首次跌破48Ah(初始容量的80%),所以此动力电池组的循环寿命为158次,此循环寿命远低于平均次数,判断此电池组为异常电池组。

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