陳祥基

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國(guó)的能源、環(huán)保問(wèn)題日益突出。電動(dòng)汽車(chē)以自身具有的零排放污染、噪聲低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)我國(guó)車(chē)輛發(fā)展的主要技術(shù)方向，并被世界各國(guó)所重視。動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化具有十分重要的作用。換電模式下動(dòng)力電池的日常運(yùn)行維護(hù)是保證電動(dòng)車(chē)輛安全使用的主要措施之一。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；動(dòng)力電池；運(yùn)行管理

中圖分類號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0142-02

動(dòng)力電池的運(yùn)行管理主要是對(duì)動(dòng)力電池的電壓、充電電流、溫度、剩余電量（SOC）等參數(shù)進(jìn)行常態(tài)的監(jiān)測(cè)。另一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容是周期性對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行均衡充換電檢測(cè)及正負(fù)極絕緣電阻的測(cè)量，以分析電池正常的工作性狀和故障狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷，隔離故障電池，保證電池使用過(guò)程的安全。

1 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池種類概述

目前，電動(dòng)汽車(chē)電池的種類主要有鉛酸蓄電池、鋰離子電池和燃料電池；鋰離子電池主要使用鋰金屬或者鋰合金作為負(fù)極材料，運(yùn)用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池的能量約為100 Wh/kg。具有能量高、質(zhì)量小、無(wú)記憶效應(yīng)、可快速充電、使用壽命長(zhǎng)、自放電效應(yīng)小、比功率高以及無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但是其價(jià)格昂貴。近年來(lái)，鋰離子電池被世界各國(guó)的汽車(chē)公司所重視，是最好的動(dòng)力源，有十分廣闊的市場(chǎng)前景。

2 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的運(yùn)行管理

對(duì)鋰離子電池的工作特性與影響剩余容量的因素進(jìn)行分析，旨在有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并延長(zhǎng)鋰電子電池的使用壽命，提高電池的能量效率與運(yùn)行的安全可靠性。

2.1 鋰電子電池的工作特點(diǎn)

①高能量密度。由于鋰離子具備多種電極材料，每一種的電極材料的能量密度不同。按照質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，密度在150～200 Wh/kg；按照體積進(jìn)行計(jì)算，密度在250～530 Wh/kg。

②開(kāi)路電壓高。電池電壓的大小和電池的電極材料有關(guān)，通常情況下。范圍在3.3～4.2 V，是Ni-Cd、Ni-H電池的三倍。

③輸出功率高。輸出功率與電極材料有關(guān)，通常為300～1 500 W/kg。

④無(wú)記憶效應(yīng)。磷酸鐵鋰電池不具有記憶效應(yīng)。電池處于不完全放電的狀態(tài)時(shí)，能夠隨時(shí)進(jìn)行放充電工作，維護(hù)比較方便。

⑤充電速度快。能夠在1C或者1C以上的電流下進(jìn)行充電，并且在短時(shí)間內(nèi)能夠充入80%～90%電量，極大地提高了充電效率。

⑥工作溫度范圍廣泛。鋰電子電池的溫度范圍比較廣泛，在溫度-20 ℃～50 ℃范圍內(nèi)能夠正常工作。

2.2 影響鋰離子電池剩余容量的因素

鋰離子電池的充放電過(guò)程只一個(gè)比較復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。電池剩余容量主要隨著電動(dòng)汽車(chē)行駛情況的變化而發(fā)生變化，另外，還受到電池的內(nèi)阻、自放電率、溫度以及充放電循環(huán)次數(shù)等因素的影響。

①電池內(nèi)阻。電池內(nèi)阻主要分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。其中，歐姆內(nèi)阻指的是由電池本身具備的電極材料、隔膜和電解液產(chǎn)生，和電池自身的結(jié)構(gòu)、大小有關(guān)。極化內(nèi)阻指的是受到電化學(xué)反應(yīng)與濃度差的影響出現(xiàn)的。在鋰電子電池充放電時(shí)，歐姆內(nèi)阻變化不大，但是其正負(fù)兩級(jí)在化學(xué)反應(yīng)下所產(chǎn)生的極化內(nèi)阻會(huì)隨著電流、剩余電量和溫度的變化而發(fā)生變化。

②自放電率。電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，內(nèi)部存在一些雜質(zhì)，導(dǎo)致電池的正負(fù)極材料被不斷消耗，進(jìn)而減少電池的實(shí)際可用量。通常情況下，溫度給自放電的影響比較大，電池類型不同，電池的自放電速度也就不同。

③溫度。電池所處于的溫度環(huán)境對(duì)電池容量有很大的影響。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，那么電池內(nèi)部的化學(xué)活動(dòng)增加，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，進(jìn)而增加電池容量；當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，那么電池內(nèi)部的化學(xué)活動(dòng)減少，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽M(jìn)而增減少電池容量。

④充放電循環(huán)次數(shù)。電池的容量會(huì)受到充放電次數(shù)的增加而不斷減少。充電循環(huán)次數(shù)越多，那么內(nèi)部活性的物質(zhì)能力就越低，進(jìn)而降低了電池的充放電效果。

2.3 電池狀態(tài)的基本信息管理

電池狀態(tài)信息的管理是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池運(yùn)行管理的重要組成部分，其主要包括了動(dòng)力電池的電壓、電流和溫度。電池的狀態(tài)信息是對(duì)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的重要依據(jù)。只有在確保檢測(cè)準(zhǔn)確的前提下，才能夠有效的保護(hù)電池，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

①電壓和電流的管理。對(duì)電池進(jìn)行電壓檢測(cè)，是對(duì)電池工作情況進(jìn)行衡量的重要指標(biāo)，電池電壓值的檢測(cè)與采集是保護(hù)電池的重要依據(jù)。電流作為電池狀態(tài)信息中的重要參數(shù)，其測(cè)量的精度對(duì)電池的估算電池荷電狀態(tài)方法估算出的精度有直接的影響。因此，電流的采集精度、抗干擾能力與誤差要求較高，對(duì)電壓值進(jìn)行采集測(cè)量主要對(duì)電池組和單體電池進(jìn)行采集測(cè)量。

②溫度。在對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行充放電時(shí)，由于充電電流較大，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。另外，外界的環(huán)境溫度會(huì)對(duì)電池組的溫度產(chǎn)生影響。電池自身的溫度會(huì)對(duì)電池的充放電效率產(chǎn)生直接的影響。如果電池溫度過(guò)高，那么溫度值會(huì)給電池帶來(lái)不可恢復(fù)的損壞，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸情況。因此，對(duì)電池的溫度進(jìn)行管理是十分有必要的。根據(jù)電池箱中電池的分布狀態(tài)，在每一組電池中都設(shè)置一個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)電池組的溫度情況進(jìn)行測(cè)量，有效的避免電池在工作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)溫現(xiàn)象，有效的延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2.4 動(dòng)力電池日常檢測(cè)項(xiàng)目

汽車(chē)用動(dòng)力電池由于使用工況復(fù)雜、使用環(huán)境惡劣，電池在使用過(guò)程中影響到安全的主要故障形式是漏液，進(jìn)而引起短路、過(guò)流和起火；漏液后電池對(duì)外的性狀主要表現(xiàn)為正負(fù)極對(duì)地絕緣電阻偏小，出現(xiàn)正負(fù)極的虛電壓，因而可以通過(guò)測(cè)量正負(fù)極絕緣電阻，比較測(cè)量結(jié)果R與出廠定值最小值Rmin的差異，即可判斷絕緣電阻是否有損壞，從而采取進(jìn)一步的故障處理措施；因此除了常態(tài)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，可根據(jù)電池的實(shí)際使用頻率，每月或每季度進(jìn)行一次絕緣電阻集中測(cè)量是非常必要的；另外對(duì)于均衡充換電檢測(cè)，由于這個(gè)項(xiàng)目檢測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行抽樣檢測(cè)和在特列情況下（如電池發(fā)生異常的碰撞、涉水等情況下）的檢測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，通過(guò)對(duì)換電模式的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池運(yùn)行管理進(jìn)行詳細(xì)的分析，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度、剩余電量、絕緣電阻及充換電均衡等方面的管理，保證電池使用過(guò)程的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱建新，鄭榮良，卓斌，等.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池高壓電測(cè)試系統(tǒng)的研究[J].汽車(chē)工程，2007，（12）.

[2] 廖曉軍，何莉萍，鐘志華，等.電池管理系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車(chē)工程，2006，（31）.

[3] 付進(jìn)軍，齊鉑金，吳紅杰，等.一種車(chē)載鋰離子電池組動(dòng)態(tài)雙向均衡系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005，（3）.

[4] 姜久春.電池管理系統(tǒng)的概況和發(fā)展趨勢(shì)[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2007，（11）.

[5] 陳全世，林成濤.電動(dòng)汽車(chē)用電池性能模型研究綜述[J].汽車(chē)技術(shù)，2006，（31）.

[6] 徐臣，李躍武.電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施新型經(jīng)營(yíng)模式初探[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，（9）.