電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

二十世紀(jì)九十年代以來，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(yīng)用也越來越廣泛，近年來，鋰離子電池也被研究人員用在電動(dòng)車車上用作動(dòng)力能源，成為電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。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)車上的應(yīng)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(shì)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、額定或公稱容量和額定儲(chǔ)備容量之分。用Ah（安時(shí)）數(shù)、mAh（毫安時(shí)）表示。

理論容量：理論容量是指假設(shè)活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所給出的電量。它是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量按照法拉弟定律計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，按國(guó)家或有關(guān)部門頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。如電動(dòng)車規(guī)定為C/3放電率下放出的容量。

額定儲(chǔ)備容量：國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定汽車型蓄電池的容量用額定容量和儲(chǔ)備容量表示均可。我國(guó)采用額定容量。指不分電池規(guī)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(jì)。對(duì)規(guī)格不同的電池，規(guī)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(nèi)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(shù)，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(biāo)稱容量，即在規(guī)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(quán)系數(shù)；

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(dāng)前狀態(tài)（SOC，溫度，電流等）有關(guān)而且與將來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(yīng)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(yīng)的那部分電流
I——總的充電電流

電池放電的電壓拐點(diǎn)：通過電池的放電實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池的電壓降到某點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)放電其電壓會(huì)急劇下降，dv/dt數(shù)值很大，該點(diǎn)稱為拐點(diǎn)。該點(diǎn)標(biāo)示了電池電量已告罄，在拐點(diǎn)之下工作會(huì)造成對(duì)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：電池在開始使用初期的一段時(shí)間內(nèi)，電池容量增加大約5％——15％。接下來的一段時(shí)間，電池容量基本不變。然后就開始逐漸減少。當(dāng)電池容量衰減到額定容量80％時(shí)，就可以認(rèn)為電池的壽命結(jié)束了。

充放電周期（Cycle）：電池從充電開始到放電，再到下一次充電開始前稱為一個(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(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電周期數(shù)。通常用來定義蓄電池的使用壽命。一般來講，放電深度不同，電池壽命也不同。

恢復(fù)效應(yīng)：電池在非連續(xù)放電的條件下，放電一段時(shí)間后，空載開路或從大電流變?yōu)樾‰娏鞣烹姡姵貎?nèi)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。