车辆新能源电池组稳定控制技术

目前电池组和单体比，其寿命和性能有显著的下降。为了获得高容量、大功率的服役性能和较长的使用寿命，通常一个电池组需要由几十个甚至上百个电池单体材料组成。考虑到散热、阻抗、穿透等性能，单体电池薄膜及电池膜组匹配的性能同等重要，单体寿命在7～10年的电池，薄膜单体构成的电池组使用3～5年便有损坏，有些甚至不到一年便失效，严重影响了新能源汽车的性能及寿命。车用工况对动力输出的高频变载，导致电池长期工作在强烈动态过程，电池单体之间的一致性越来越差。首先要实现如何判断组成复合材料电池组的各单体状态及损伤的差异程度，然后要实现热力电磁作用下如何均衡控制。有效实现单体内部状态估计、辨识和均衡体系膜设计、控制，可保证电池组寿命。材料在运行时电池组中温度分布不一致，各单体性能差异逐步增大，造成温差不良循环，将导致区域温差增大，造成其性能不稳定和寿命缩短。为实现薄膜单体间一致性的均衡控制，通过微控制器直接控制的模块，实现单体薄膜的动态均衡，基本结构如图8-12所示。其原理为，单体薄膜通过导线依次连接到绝缘支座的插孔上，一个步进电动机驱动水平丝杠，使得水平滑块左右移动；不同水平位移对应不同的单体；在水平滑块上，有垂直丝杠和垂直滑块，由步进电动机通过丝杠驱动垂直模块上下运动，当均衡导线插头插入单体对应的插孔时，均衡电路和该单体接通，适用于大容量、大功率的储能电池组材料。对被均衡的单体进行充/放电，即电能只是在整个膜组和被均衡的单体之间转移，避免出现非均衡热应力，提高了能量利用效率。根据单体的状态即可均衡充电、放电，实现交流阻抗的在线辨识，为精确判断单体的内部阻抗提供支持。

图8-12 电池组均衡寿命的基本结构

对电池组均衡寿命的研究表明，循环次数对大容量材料影响显著，可为电池组材料的热寿命测试提供指导性建议。500次循环后，内部温差电池组材料两端温差分别达到15℃和19℃。在不同的循环次数、不同的位置，采用不同的进风速率散热，同时测控电池温度，可延缓电池失效，延长电池寿命。

以实验数据为基础，测试各种条件运行后的参数的变化，通过在原子水平上建立分子模型来模拟分子的结构与行为，从而分析分子体系的静态结构和动态行为，如氢键的缔合与解缔、吸附、扩散等过程，来揭示新能源材料性能和寿命的稳定控制技术的基本规律。例如，以PEM寿命及失效机理的研究为例，如图8-13所示，确定失效过程中材料的微观结构参数与宏观性能之间的关系、PEM失效程度的参数表达和定量方法及材料性能及寿命的规律，确定对应PEM最长服役寿命的表达参数的最大变化值。(www.xing528.com)

图8-13 PEM材料的分析思路

新能源汽车电池材料的性能和寿命的稳定控制技术问题是当前电动汽车的技术瓶颈之一。在材料已有技术上，研究材料在使用过程中的性能失控反应和寿命衰退规律，包括不同温度、不同充电和放电条件下，对电池可测量参数（温度、内阻、电压）的影响规律，除加强大容量技术研究外，还应提升材料技术及新能源汽车匹配技术，这是材料走向实用化的关键，也为新能源汽车安全与节能的发展方向提供技术支撑。