汽车动力锂电池的均衡充电技术现状分析(附件)【字数：12047】
摘 要随着时代的发展，石油、天然气等非再生能源的不断枯竭，环境污染越来越严重，开发新能源已经成为未来发展的必然趋势。这也就使得动力锂电池的使用不可或缺。很多汽车也使用了动力锂电池，大有取代传动能源的趋势，可以号称地球的绿色血液。哪个国家掌握了动力锂电池的技术和应用，哪个国家将在下个世纪成为全球的霸主。在本次毕业设计中，本文将系统的阐述一下动力锂电池的研究意义、性状分析，以及其研究现状。同时也将对动力锂电池的工作的原理和一些主要的性状进行解读分析。包括对其充放电特性、温度特性系统分析，以及其充电方法做一个系统性的总结。主体是对锂电池均衡充电的方式进行表述，并针对每种方式进行分析，分析其优点与缺点以及重要的判断依据。并且针对动力锂电池的均衡充电技术的现状，提出一些应对措施。最后对锂电池的均衡充电技术未来的发展与走向进行合理的预测与展望。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 动力电池的性能指标 1
1.3 锂电池均衡充电技术国内外研究现状 2
第二章 锂离子电池生产工艺与特性分析 4
2.1 锂离子电池工作原理 4
2.2 锂离子电池特性 5
2.2.1 锂离子电池的充放电特性 5
2.2.2 锂离子电池的温度特性 5
2.2.3 锂电池组充电方法 6
2.3 本章小结 9
第三章 锂离子电池组均衡充电技术 10
3.1 锂离子电池组化学均衡方式 10
3.2 锂离子电池组物理均衡方式 10
3.2.1 锂离子电池组均衡判定依据 11
3.2.2 能量耗散型均衡方式 12
3.2.3 能量非耗散型均衡方式 13
3.3本章小结 18
第四章 总结与展望 19
4.1总结 19
4.2未来展望 19
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着传统汽车工业的发展，不断加深了全球性的能源危机以及环境的严重污染，因此“节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
能环保”已经成为了全世界关注的主要社会问题。近年来，由于全球石油存储量急剧下降，石油价格不断飙升以及由传统汽车尾气排放所导致的大气污染问题，寻找一种能够替代传统汽车的产品已经迫在眉睫。所以，未来汽车研究方向已逐渐向新能源汽车靠拢。其中，新能源汽车的种类主要有纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、太阳能电动汽车（Solar Cell Electric Vehicle）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle）以及燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle）。
电动汽车（PEV）因其没有尾气排放，噪声低，具有能量回馈系统提高能源利用率等优点成为各国的重点研究对象。因此发展电动汽车已经成为解决能源和环境问题的必然趋势。为了电动汽车的快速发展，我国科技部没有落后于其他国家，也专门制定了一系列重大专项。
虽然电动汽车是一种新能源汽车，但是在传统汽车上一些比较先进的技术依旧可以直接利用，不需要另外创新。动力电池作为纯电动汽车的核心动力，它的发展关乎电动汽车几乎所有的方面。同时它也制约着电动汽车的发展。目前，电动汽车上的主要动力电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池和锂电池[1]，锂电池又是其中应用最广泛，发展最快的动力电池。当下社会，制约锂电池发展的最关键技术就是锂电池组的不均衡充电情况。各单体电池的欠充或者过充直接影响了电池的使用寿命和利用效率。这恰恰也是限制了电动汽车发展的最根本原因。
1.2 动力电池的性能指标
电动汽车的核心主要就是动力电池。我们目前主要用电池的性能指标来评定电池的实际效应。根据电池种类不同，其性能指标也有差异。
（1）电压
如果电压低于放电终止电压后电池继续放电，电池两端电压会继续放电，电池两端电压会迅速降低，形成深度放电。这样极板上的活性物质再次充电后就不容易再恢复，这样就会降低电池使用寿命。
（2）容量
电池容量的变化我们一般用荷电状态（SOC）来表示，SOC是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。SOC=1即表示电池充满状态。
电池电荷随着放电而逐渐减少，这是电池中电荷的变化主要就可以用SOC的相对量来表示。一般电池放电高效率区为50%—80%SOC。
（3）内阻
随着电池使用次数的增加，电池的电解液就会不断消耗从而使电池的内阻有不同程度的升高。内阻一升高，电池充电就会有不同程度的发热，是电池内部温度不断上升，这对电池和充电器都有非常大的危害。
（4）能量
我们通常把电池单位质量所能输出的电能叫做比能量。而比能量又经常被用来反映电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程。
（5）功率
我们通常用电池的功率来衡量电动汽车的加速性能和爬坡性能。
（6）输出效率
动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把化学能转化为电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗，这通常用电池的容量效率和能量效率来表示。
（7）自放电率
自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。
（8）使用寿命
使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。
1.3 锂电池均衡充电技术国内外研究现状
目前阻碍电动汽车发展的最关键问题就是锂电池的均衡充电问题，因此受到了国内外的密切关注。想要安全使用电池，就必须使得电池充电均衡。也只有充电均衡，电池的使用寿命才会增加。因此，电池组均衡充电技术也是国内外专家一致想要攻破的难题。在国外以美国德州仪器公司为代表研发了体积小、集成度高的专业电池管理芯片[2]；在国内清华大学、同济大学等高校对电池管理系统（BMS）[3]进行了相关的研究，并且电池管理系统在奥运会以及世博会期间在电动大巴上得以应用。
近年来，国内外针对串联电池组均衡管理而衍生的方法基本分为两大类：一类是化学方法，也就是在锂电池电解液中加入特定量的氧化还原限压添加剂，在电池没有发生过充的过程中，电解液中限压添加剂稳定不参与任何的化学以及电化学反应，在电池发生过充的情况下限压添加剂立即进行氧化还原反应，这样过充的电流就会随氧化还原反应以热的形式释放，从而进行均衡充电。另一类是物理方法，通过外力例如机械或者电子等方法达到均衡充电。化学类方法比较容易实现，但由于研究目前还没到那个地步，所以现阶段大多数采用的还是物理均衡方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 动力电池的性能指标 1
1.3 锂电池均衡充电技术国内外研究现状 2
第二章 锂离子电池生产工艺与特性分析 4
2.1 锂离子电池工作原理 4
2.2 锂离子电池特性 5
2.2.1 锂离子电池的充放电特性 5
2.2.2 锂离子电池的温度特性 5
2.2.3 锂电池组充电方法 6
2.3 本章小结 9
第三章 锂离子电池组均衡充电技术 10
3.1 锂离子电池组化学均衡方式 10
3.2 锂离子电池组物理均衡方式 10
3.2.1 锂离子电池组均衡判定依据 11
3.2.2 能量耗散型均衡方式 12
3.2.3 能量非耗散型均衡方式 13
3.3本章小结 18
第四章 总结与展望 19
4.1总结 19
4.2未来展望 19
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着传统汽车工业的发展，不断加深了全球性的能源危机以及环境的严重污染，因此“节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
能环保”已经成为了全世界关注的主要社会问题。近年来，由于全球石油存储量急剧下降，石油价格不断飙升以及由传统汽车尾气排放所导致的大气污染问题，寻找一种能够替代传统汽车的产品已经迫在眉睫。所以，未来汽车研究方向已逐渐向新能源汽车靠拢。其中，新能源汽车的种类主要有纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、太阳能电动汽车（Solar Cell Electric Vehicle）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle）以及燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle）。
电动汽车（PEV）因其没有尾气排放，噪声低，具有能量回馈系统提高能源利用率等优点成为各国的重点研究对象。因此发展电动汽车已经成为解决能源和环境问题的必然趋势。为了电动汽车的快速发展，我国科技部没有落后于其他国家，也专门制定了一系列重大专项。
虽然电动汽车是一种新能源汽车，但是在传统汽车上一些比较先进的技术依旧可以直接利用，不需要另外创新。动力电池作为纯电动汽车的核心动力，它的发展关乎电动汽车几乎所有的方面。同时它也制约着电动汽车的发展。目前，电动汽车上的主要动力电池有镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池和锂电池[1]，锂电池又是其中应用最广泛，发展最快的动力电池。当下社会，制约锂电池发展的最关键技术就是锂电池组的不均衡充电情况。各单体电池的欠充或者过充直接影响了电池的使用寿命和利用效率。这恰恰也是限制了电动汽车发展的最根本原因。
1.2 动力电池的性能指标
电动汽车的核心主要就是动力电池。我们目前主要用电池的性能指标来评定电池的实际效应。根据电池种类不同，其性能指标也有差异。
（1）电压
如果电压低于放电终止电压后电池继续放电，电池两端电压会继续放电，电池两端电压会迅速降低，形成深度放电。这样极板上的活性物质再次充电后就不容易再恢复，这样就会降低电池使用寿命。
（2）容量
电池容量的变化我们一般用荷电状态（SOC）来表示，SOC是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。SOC=1即表示电池充满状态。
电池电荷随着放电而逐渐减少，这是电池中电荷的变化主要就可以用SOC的相对量来表示。一般电池放电高效率区为50%—80%SOC。
（3）内阻
随着电池使用次数的增加，电池的电解液就会不断消耗从而使电池的内阻有不同程度的升高。内阻一升高，电池充电就会有不同程度的发热，是电池内部温度不断上升，这对电池和充电器都有非常大的危害。
（4）能量
我们通常把电池单位质量所能输出的电能叫做比能量。而比能量又经常被用来反映电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程。
（5）功率
我们通常用电池的功率来衡量电动汽车的加速性能和爬坡性能。
（6）输出效率
动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把化学能转化为电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗，这通常用电池的容量效率和能量效率来表示。
（7）自放电率
自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。
（8）使用寿命
使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。
1.3 锂电池均衡充电技术国内外研究现状
目前阻碍电动汽车发展的最关键问题就是锂电池的均衡充电问题，因此受到了国内外的密切关注。想要安全使用电池，就必须使得电池充电均衡。也只有充电均衡，电池的使用寿命才会增加。因此，电池组均衡充电技术也是国内外专家一致想要攻破的难题。在国外以美国德州仪器公司为代表研发了体积小、集成度高的专业电池管理芯片[2]；在国内清华大学、同济大学等高校对电池管理系统（BMS）[3]进行了相关的研究，并且电池管理系统在奥运会以及世博会期间在电动大巴上得以应用。
近年来，国内外针对串联电池组均衡管理而衍生的方法基本分为两大类：一类是化学方法，也就是在锂电池电解液中加入特定量的氧化还原限压添加剂，在电池没有发生过充的过程中，电解液中限压添加剂稳定不参与任何的化学以及电化学反应，在电池发生过充的情况下限压添加剂立即进行氧化还原反应，这样过充的电流就会随氧化还原反应以热的形式释放，从而进行均衡充电。另一类是物理方法，通过外力例如机械或者电子等方法达到均衡充电。化学类方法比较容易实现，但由于研究目前还没到那个地步，所以现阶段大多数采用的还是物理均衡方法。
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