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科技信息 职教与成教 新型大功率动力锂电池组开发 杭州职业技术学院 孟伟 王希华 腑簟要】锂电池具有非常优良的电性能，其体积比容量和重量比容量，是常规二次电池的3-4倍。非常合适做动力电池。基于目前 的动力锂电池设计与制造技术水平，单体之间的性能差异在使用过程中客观存在，要想避免单体电池由于过充、过放导致提前失效， 使电池组的功能和性能指标达到或接近单体电池的平均水平，对电池组电池过充、过放、过流保护、均衡控制和管理是必由之路。 f关键词]动力电池组锂离子电池保护功能均衡控制 1引言 掉，只要一次中度以上过充，整个电池内部结构体系将马上破坏，该电 在全球能源与环境问题越来越严峻的情况下，以燃油、铅酸蓄电池 池即报废，在串联电池组中，一个电池报废，也即意味着整组电池不能 为动力源的交通工具，已存在越来越多的资源和环保问题。锂离子电池 正常工作。所以在多串锂离子电池组中，必须采用有电压检测控制功能 具有放电电压稳定，．Ij作温度范围宽，自放电率低，储存寿命长，无记忆 的电子线路，时刻检测单体电芯电压。当某个电芯电压低于(过放状态) 效应，体积小，重量轻及无公害等优点，经过10多年的发展，已广泛应 或高于(过充状态)安全电压时，以及过流、过温情况下，电路应及时切 用在手机、笔记本电脑和数码产品中，目前已逐渐替代铅酸蓄电池、镉 断。 镍蓄电池，有成为动力电池主流的趋势j但锂电池一直未能在高功率、 (4)技术关键 大能量的设备中大规模商业化应用，关键原因是大容量电芯生产没有 针对以上工作过程，保护／平衡电路必须具备以下要求： 及时跟进，保护电路的配套也不完善，以及电池成本的制约。随着市场 精确的电压检测，一般要求精度在-I-25mv左右 需求的刺激，10—100AH的电芯已开始陆续投入市场。现有市场如电动 较小的自耗电流，自耗电流小于150微安 自行车、混合动力汽车、UPS、邮电和其它设备电源电池，这些领域为本 项目提供了足够的市场空间。针对传统动力锂电池组存在的技术问题， 制在一定范围。 本文采用优化的电池组合方式，开发独特的锂离子动力电池组均充保 护模块，使其成为稳定可靠的新型大功率动力电源。 2课题研究的内容 锂离子电池对充放电要求很高，当过充电发生时，电解质会被分 解，|i=_j使得电池内部的温度与压力上升；当过放电发生时，负极活性材 料会破坏使电池损坏；当外部电路短路或放电电流过大时，由于低内阻 的特性，电池短路电流很大，电池产生的能量基本累计在电池内部，温 度会急剧上升，当以上情况发生时，锂离子电池内压力与热量大量增 加，容易产生火花、燃烧甚至爆炸，因此锂离子电池无一例外地都加有 保护电路。 由于动力设备为增加输出功率，减少大电流对锂离子电池造成的 损耗，实际使用的驱动电压远高于单节锂电池的3．6V，目前电动自行车 使用额定电压一般为36V，电动汽车则使用300V左右的电压。这就必 须使用多节锂电池单元串联组成电池组，这样虽然解决了大电流造成 图1平衡原理示意图 损耗的问题，但又带来了锂电池组组合的新问题：当锂离子电池组由多 3实际解决方案 个单体电池串联使用时，即使单节电池的性能再优良、质量再好，若配 组使用的各单体电池特性不一致，都会导致电池组内部各单体电池过 充和过放情况的发生。就内部单体电池而言，串联使用比单个使用更容 易发生过充和过放现象，且不易发现。任意一个电池的特性加剧恶化 时，将导致电池组内其它电池发生多米诺骨牌效应的连锁性、加剧性损 坏。为解决上述问题，可通过如下途径解决： (1)电池配对问题 10多颗甚至几百颗电池组合在一起，根据木桶原理，整组电池的性 能将由性能最差的电池决定。由于我国锂离子电池生产单位多、原材料 性能不稳定、生产过程自动化程度低、产品质量离散性大等因素，使得 电池组的配组技术不完善，造成了动力锂离子电池组质量的不稳定。因 此，多串电池在组合前，必须进行配对工艺，将性能参数类似的电池放 在一起。但配对要求和配对率成反比，太严格的配对工艺，将使生产成 本大大提高，因此，合适的配对工艺是首先要解决的问题。目前通用的 做法是将单体电池精选配对，组合成优质的电池组，最大限