动力锂电池组安全与寿数问题研讨
摘要：本文初次揭露宣布北京纵横人和电子技能有限责任公司成组锂动力电池安全与寿数问题研讨最新作业进展，对影响电池安全的要素进行了剖析，提出了对或许呈现的电池安全问题进行预警，并经过在充电进程中对端电压较低的单体电池进行补流均衡充电，进步电池组运用寿数的技能办法。
关键词：锂动力电池组；电源体系；BMS
1 导言
当时动力锂电池电源体系开展的首要问题是：动力电池成组后安全性和运用寿数显着下降，乃至频频发作电池焚烧、爆破等严峻事故。形成上述问题的首要原因是动力锂电池成组技能、成组运用技能和设备研讨滞后；完毕动力锂电池体系集成，为用户供给动力锂电池体系集成技能和产品，是处理当时面对的问题，推进动力锂电池开展的重要课题。
现在，单体动力锂电池现已根本具有推广运用条件，但现有的成组技能、成组运用技能和设备水平还不老练。也就是说，单体动力锂电池根本处理了安全和寿数问题，推进动力锂电池开展的关键是电池成组技能和BMS技能。
单体电池质量决议了成组后动力电池组的质量。在动力电池组运用中，单体电池的功用共同性特别重要，就现在单体电池出产工艺操控水平，经过对出产出来的电池按其实践功用进行挑选、分组、安装是现在的实际办法。现在，在工业化出产中运用的挑选、分组办法，是根据化成后电池的少量几个静态参数，对电池进行配组，配组参数操控规范决议了配组完毕时电池组各单体电池状况共同性。在电池组运用中，电池组中各单体电池的状况差异又会逐步显现出来。电池办理体系（BMS）对电池组的运用进程进行办理，对电池组中各单体电池的状况进行调整，能够在必定程度上维系电池组中各单体电池的状况共同性，防止电池状况差异形成电池组功用的加快阑珊。动力锂电池开展需求电池出产工艺操控水平的进步，科学的电池挑选和配组办法及有用的电池办理体系一起推进。
2 动力锂电池组安全和寿数概念
2.1 电池不安全的根本原因
当电池某个部分发作差错时，如内部短路、大电流放电和过充电，就会发作很多的热，导致电池体系的温度添加。当电池体系到达较高的温度时，就会导致一系列副反响，使电池发作热损坏，因为电池中的液态电解质易燃，因而最坏的情况下电池会着火[1]。
在非正常运用的情况下（如过充），锂离子很或许在电池的负极外表得到电子，作为金属锂分出，并逐步聚集成锂枝晶，刺破隔阂，连通正负极，然后引起电池的内部微短路。锂离子电池选用的是高抗压，高沸点的有机电解液。在短路、过充、高温等非正常运用条件下，锂离子电池内部的温度会升高，电解液或许分解成很多的气体，会在密封的壳体内发作比较大的气压。一旦这种气压大到足以突破电池的外壳，就会发作决裂，乃至导致焚烧或许爆破[2]
大功率充放电的大容量锂动力电池组，在严苛的运用条件下更易诱发电池某个部分发作差错，然后引发安全问题。
2.2 电池办理体系(BMS)的重要作用
抱负的锂动力电池具有高度功用共同性，只需运用进程中不过充，不过放，就没有安全问题，而实践情况是，手机电池出厂时质量完全符合规范，但运用中却有爆破的事情发作，笔记本电脑用电池组也不断有起火、爆破及产品召回的报导。电池从发作直到寿数完毕收回，都存在安全问题，即便在出厂时完全符合世界安全规范，在运用进程中会从安全状况演变到不安全状况，质量好的单体电池功用逐步阑珊而到达寿数极限，质量欠好的单体电池，在运用进程中其功用会接连呈现各种不正常劣化阑珊，进入所忧虑的不安全状况。这是一个逐步累积的改变进程。电池办理体系就不像有些电池出产企业说的那样可有可无，而是有必要要有，而且还要贯穿电池组运用一直。电池办理体系在国内外已有许多研讨，而且开端在许多范畴运用，现已能满意一些商场的需求，锂动力电池的运用对电池办理体系提出了更高的要求，保证动力电池组的运用安全，是锂动力电池办理体系的首要任务。
3 电池办理体系
一个典型的电池组充电平衡的办理体系，其作业办法是对连接好的串联电池组充电的一起，检测电池组中各个单体电池的端电压，当某单体电池的端电压较高时，经过与该单体电池并联的均衡电路对该电池进行充电分流，下降该单体电池的充电速度和端电压上升速度，使各单体电池端电压趋于均衡共同，以此防止因串联电池组中各单体电池的充放电特性的差异影响电池组的寿数。因为在充电分流时与单体电池并联的均衡电路耗费部分充电电能，均衡电路发热，均衡电路的均衡才能受到限制。关于大容量、大功率电池，大电流充电时，均衡电路的均衡才能不能满意实践需求。
在电池的寿数后期，电池内部功用逐步劣化，按原有的放电限流值和恒流充电值进行放电或充电，或许会发作过放、过充现象，导致电池内阻等参数进一步恶化，充电和放电进程中电池会严峻发热，现有的BMS尽管能够监测电池温度反常升高时堵截外部充电或放电通路，但此刻电池自身现已处于不安全状况，堵截通路不能阻挠电池内部反常的电化学反响进程，电池持续发热乃至爆破的风险仍然存在。在电池温度反常升高时，忽然堵截放电通路，关于需求接连供电的设备，如电动汽车，或许形成设备运转的安全问题。
4 根据内阻丈量和状况比较的电池办理体系
研讨标明，随电池充电-放电循环次数的添加，电池容量下降，电池的内阻添加，电池内部功用劣化直至终究完全失效的进程是一个逐步累积的进程，电池组中的不共同性会加快电池组进入不安全状况。
本文提出了内阻丈量和状况比较的电池办理体系，如图１所示，以单片机为操控中心，在存储器中预先存储各单体电池在不同端电压下的内阻初始值和差错答应值、充电进程中各单体电池在不同端电压区段的端电压上升速率和差错答应值、累计充电量预订值、充电电压规模、放电电压规模、充电截止电压值、放电截止电压值、电池温度规模、充电电流值和充电电流差错答应值、放电电流维护值、均衡发动电压值、端电压失衡值等参数。充电和放电进程中检测充电和放电进程的各种参数，在每次充电进程前、充电进程中及充电完毕后丈量并记载电池组中各单体电池的端电压、端电压上升速率、充电电流、充电量和电池内阻，并与之前充电时丈量和记载的参数进行比照，剖析电池组的充电量及各单体电池的内阻、端电压、端电压上升速率的改变量，判别电池内部功用逐步劣化的进程和程度，对电池的失效及或许呈现的安全问题予以预警。对充电和放电进程施行操控，完毕充电和放电停止电压维护，温度维护，过流维护的的一起，在充电进程中，经过对端电压较低的单体电池进行补流均衡的办法，使串联电池组中各单体电池端电压共同，防止因为各单体电池状况差异对电池组的寿数影响。
图1 具有内阻丈量和状况比较功用的电池办理体系示意图
将体系用于10节20Ah串联电池组测验，选用5A恒流充电，2A补流均衡，体系补流均衡作用非常显着，没有额定发热量，还便于节能操控。
影响内阻改变要素较多，特别是对电池组完好寿数周期内的内阻改变规则的研讨，需求很多的试验，有关试验计划正在进行中，包含了动力电池组在模仿工况下放电的整个寿数进程的测验。
5 定论
在每次充电前、充电进程中和充电完毕后检测并记载充电进程中电池充电量、端电压、电流、内阻、电池温度、充电时刻等参数，核算各参数的改变量和改变速率，并与预置的初始参数进行比较，精确判别电池充电功用的改变程度，对或许呈现的电池安全问题进行预警，为充电电池的运用供给了高安全性保证。以电动汽车为例，即便呈现电池安全预警，驾驭人员有至少量天的充裕时刻来修理处理，而不用立刻强制断开。
在充电进程中对端电压较低的单体电池进行补流均衡充电，在减小各单体电池的状况差异，进步电池组运用寿数的一起，防止了在充电均衡进程中均衡电路的发热问题，然后大幅度进步了均衡才能，对大容量、大功率电池组的运用具有显着作用。
在充电进程中全面记载每次充电进程中电池充电量、端电压、电流、内阻、电池温度、充电时刻等参数，然后记载了充电电池整个寿数周期各项电参数的改变进程，为进行电池组失效原因剖析供给了数据根底。
感谢研讨团队的一切研讨人员一起努力完毕了上述作业，也感谢中信国安等电池企业供给的新动力电池样品。
参考文献
[1] 吴宇平，万春荣，姜长印, 等. 锂离子二次电池[M]. 北京. 化学工业出版社, 2002: 326.
[2] 吴晓东. 2007年度锂电助力自行车学术交流会论文集[C]. 国家自行车质量监督查验中心, 2007: 34.
作者简介：
赵建和 男 汉族 1962年9月生于我国吉林省长春市。
大学期间，挑选光电子学专业，研讨生期间，挑选半导体光电子器材及器材物理专业，论文内容为半导体光双稳器材及超短光脉冲，在半导体所作业期间，课题为“半导体激光器失效机理剖析”，在南光集团作业期间，研讨开发条形码自动辨认数据收集和办理体系，防伪辨认证件办理体系等，在公安部直属企业作业期间，从事侦听技能设备研讨，红外夜视设备、保密通讯设备、防弹车辆等警用配备研制开发，2000年今后，首要从事锂电池组操控技能研讨，内容触及军用通讯用锂电池组，电动工具用锂电池组，电动自行车用锂电池组，电动汽车用锂电池组安全与寿数技能研讨，已获发明专利两项，实用新型专利八项。
