电动汽车动力电池漫谈

问题二,电池充电和放电的影响因素很多,充进去20%的电,不等于就可以放出20%的电。比如其中一个非常明显的影响因素就是温度,常温下充满了电,低温下可能放出的电量就会打折。这是因为低温下化学物质活性低,化学反应进行的速度慢,强度低。

但是安时积分法仍然存在问题,比如,问题一:如上面所说,电量大小并不是连续计量的,而是隔着时间段的,虽然是毫秒间隔,但是时间久了还是会累计起较大的误差。其中一种解决办法就是电池充满电时进行校准,即当电池进行一个满充时,即便按上面的积分法显示只有95%的电量,也自动将电量校准到100%。因此,如果自己的电动汽车电量显示如果不太准,可以进行满充电一次,一般的电动汽车都有满充电校准电量的策略,是BMS自带的程序,无需人为操作。

如果是我们自己要做一个电池,首先就是要确定好电池的电压需要多少,一般是根据目标用电器的参数确定的。但锂电池的特性,导致在电池的使用过程中,当电池剩余电量不同的时候,对外表现的电压是不一样的。以某三元的电芯为例,当电池充满电的时候,电压一般是4.2v,而当电池电量放光的时候,电压则降到2.7v左右。

既然说到根据电池的电压来推测电池的剩余电量是一个非常不准确的方法,那有没有别的办法呢。在电动汽车上,电池充放电剩余电量的计量方法很多,但最多的还是通过安时积分完成的。

除了三元以外,电动汽车常用的电芯材料体系还有磷酸铁锂。由于化学材料的不同,磷酸铁锂电芯的参数也略有差异,当电池充满电的时候,电压一般为3.6v,而当电池电量用光时,电压可以低到2v,磷酸铁锂电芯的电压平台低于三元电芯,常见的为3.2v。

所谓安时积分,就是把安在时间上进行积分。安是电流大小的单位,也可以说安培。欧姆定律告诉我们,在纯电阻回路中,电流的大小等于电压与电阻的比值。安时积分法,用白话说,就是用一个元器件一直测量回路电流的大小,每时每刻都在测(实务中可能是每隔数毫秒测量一次),每个时刻的电流大小已知,就能计算出整个使用过程中一共放出了多少电,充进了多少电,再叫上原来多少电知道,那当前有多少电不就也知道了吗:

当然除了安时积分法以外,工程师们还想出了各种各样的方法来提高电量显示的精度,比如在安时积分法的基础上,利用环境温度,放电功率的大小等因素进行修正等。

除了上面两个问题以外,还有其他许许多多的问题会影响电动汽车电池电量的显示准确性,实际上,现在电动汽车仪表上的剩余电量显示的精度能做到95%FSR已经很了不起了。不过即便如此,该方法还是远比直接利用电池的电压来衡量剩余电量要靠谱的多。

所谓三元(NCM),指的就是电芯里面的三种材料镍,钴和锰,不同的配比可以表现出不同的性能,比如能量密度更高的,安全性更好的,成本更低的等。目前技术最成熟的是三元523体系,即三种材料的占比为5:3:2。另外,各个企业也在大力研发811体系的电芯,即80%的镍占比,也就是我们说的高镍三元,这种电芯的能量密度更大,但是安全性问题也更显著。

其实动力电池的pack技术说简单也可以简单,说复杂也可以复杂。如果只是做出一个电池,能够为车辆提供要求的续航里程和功率,满足雨水浸泡和IP等级要求等,可以说是非常简单的。而难就难在如何保证10年以后,20万公里以后,电池的性能依旧。前者,我们叫做满足电池的功能要求,而后者我们叫做满足电池的可靠性要求。

也正是根据此原理,市面上很多简易的锂电池电量显示器,有些是按百分比显示剩余电量,而有些是按格数显示电量。其原理就是,通过测量电池两端的电压,来近似的得到电池的剩余电量。这种方法其实不是很准确,因为锂电池在放电过程中,剩余电量的多少和电压的关系并不是线性的,实际上,三元电池能够较长时间工作在3.6v。因此我们一般把这个3.6v称作电池的电压平台,又或者称之为标称电压。

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