电池及电池管理系统综述

班级：汽电091姓名：赵曾曾学号：091603110摘要：随着电动汽车的快速发展，它的能量源一一动力电池组，成了电动汽车发展的关键。 各种各样的电池及电池的管理系统是关系到电动汽车实用化、市场化的关键技术。所以研 究电池及电池管理系统尤为重要。关键词：电动汽车，蓄电池，管理系统，蓄电池目前各种蓄电池组主要有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池、铝空气 电池等。(1) 铅酸蓄电池铅酸蓄电池又包含普通铅酸蓄电池、水平铅酸电池。普通铅酸蓄电池的基本单元是单 体电池，每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板、负极板之间的隔板组成。将 不同数量的单体电池按使用要求串联组合，装置在塑料外壳中来获得不同电压和不同容量 的铅酸蓄电池总成。水平铅酸电池又称为铅布电池，水平铅酸电池的极板的外面，是用高 强度玻璃纤维和铅丝编织成的网状织布，用它做成极板基体。在网状织布极板基体上涂敷 铅和二氧化铅，构成“双层格网板”作为水平铅酸电池的负极和正极。极板水平重叠分 层置放，使得极板上的活性物质能够充分接触。在水平铅酸蓄电池的电池组上，装有控制 阀，防止气体所产生膨胀。水平铅酸蓄电池的比能量、比功率、使用寿命和快速充电性能 等，都咼于普通铅酸蓄电池。(2) 镍氢电池镍氢电池是一种碱性电池，单体电池标称电压为1.2伏，比能量可达到7 08 0千瓦时每千克，有利于提高电动车辆的动力性和延长其行驶里程。有高倍率的放电特性， 短时间可以以3C放电，瞬时脉冲放电率很大。“过充”和“过放”性能好，能够带电快 速充电，并且可以随充随放，在15min内可充60%的容量，1h内完全充满。在SOC80%的 放电深度下，循环寿命可达到1000次以上。低温性能较好，能够长时间存放，不会出现 “记忆效应”镍氢电池中没有Pb和Cd等重金属元素，对环境造成污染较小。(3) 锂离子电池锂是最轻的金属元素，原子量仅6.49，密度为0.534克每立方厘米，锂的电极性很强, 金属锂暴露在空气中或遇到水时会发生燃烧。锂离子电池的单体电池做成圆柱形或棱柱 行，锂离子电池有正极、负极和固体锂离子导体组成，它们封装在外壳中。(4) 锌空气电池在单体电池中以锌为正极，以氧为负极，采用外氧式设计，在锌空气电池两侧有两块 高功率、长寿命的空气电极，用空气调节器调节进入锌空气电池阴极的空气量。当不使用 电池时，可以自动切断空气。另外还装有热管理系统，来保证锌空气电池组能够可靠地工 作。（5）铝空气电池在单体电池中以铝为正极，以氧为负极，在铝空气电池两侧有一对辅助空气电极，作 为铝空气电池负极，在工作时只消耗铝和少量的水。虽然铝空气电池含有高的比能量，但 比功率较低，充电和放电速度比较缓慢，电压滞后，自放电率较大，需采用热管制系统来 防止铝空气电池工作时过热，铝材料的成本也比较高。蓄电池管理系统由于锂电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等滥用条件下可能导致电池寿命缩短 以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等事件，因此安全性问题成为动力锂电池商业化推广的 主要制约因素。安全型、低成本、长寿命锂离子电池的安全标准、安全评价方法、电池制 造过程的安全与可靠性控制以及通过正负极材料、电解质与隔膜优选改善电池安全与可靠 性是实现确保大型动力锂离子电池安全可靠，实用化的关键。而电池管理系统作为电池保 护和管理的核心部件，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延 长使用寿命，作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁，电池管理系统对于电动汽 车性能起着越来越关键的作用。电池管理系统的主要功能电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度进 行时刻检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、 放电功率，还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、 以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过CAN总线接口与车载总控制器、电机 控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。电池管理系统的基本功能：（1）监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工 作电流、环境温度等。（2 ）保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短, 损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。一般而言，电池管理系统必须具备以下电路保护功能：过压和欠压保护、过流和短路保护、 过高温和过低温保护、为电池提供多重保护以提高保护和管理系统的可靠性（硬件执行的保 护具有高可靠性、软件执行的保护具有更高的灵活性、管理系统关键元器件失效的保护为 用户提供第三重保护）。这些功能可以满足大部分手机电池、电动工具和电动自行车应用的 需要。我国已开发多种应用在电动车辆上的蓄电池管理模块，根据电动车辆所采用的动力电 池类型和动力电池组的组合方法，电池组管理系统主要包括：（1）动力电池组管理系统；（2）热（温度）管理系统。（1）动力电池组管理系统动力电池组需要用多节单体电池或多个蓄电池串联起来组成，动力电池组的总电压为 200-400V。动力电池组管理系统一般采用微处理器通过标准通信接口、CAN总线和控制模 块等对电池组进行管理。（2）热（温度）管理系统一般情况下，动力电池组在工作时有发热现象，管理系统需带有温度测量装置，用温 度传感器来测定每一个电池在工作过程中的温度对蓄电池组进行管理，并采取强制通风， 保证电池组正常情况地工作温度和延长蓄电池的寿命。