鉅大LARGE | 點擊量：971次 | 2021年07月17日
仿真法測評：磷酸鐵鋰&錳酸鋰離子電池串并聯
鋰離子電池憑其重量輕、體積小、壽命長、電壓高和無污染等優點，逐步取代鉛酸、鎳氫、鎳鎘等電池，并且憑其充放電效率高的特點在電網儲能使用中得到了重視。但是，受動力鋰離子電池技術的限制，為滿足電網儲能使用的要求，需將電池串聯到一定的電壓等級，再將電池包并聯，以達到較高容量。
同時，通過研究大容量儲能技術和儲能拓撲結構，發現先串后并的電池拓撲結構有利于對儲能系統各個單體電池進行測試和管理。以比亞迪深圳總部儲能示范系統為例，系統由16個并聯支路組成，每個支路由252個單體串聯連接至800V直流母線，再接功率變換器系統（powerconversionssystem，PCS）與電網連接，所構成的1MW（兆瓦）儲能系統的性能與各單體的狀態參數密切相關。
顯然，當電池性能存在不一致性，并將動力鋰電池包串并聯使用時，性能指標往往達不到單體電池原有水平，所以評價電池系統的性能并不能將單體電池性能進行簡單重疊，而是要對電池儲能系統中串聯支路的能量利用率以及并聯支路的電流不平衡度進行準確評估，從而保證系統的效率和安全性。
本文在錳酸鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池電學模型的基礎上，提出基于等效電路微分方程的串并聯仿真辦法，通過實驗驗證串并聯仿真精度，研究影響動力鋰離子電池包電流不平衡度的各項因素，擬出有效的電池包性能預測及評價手段。
電池模型與精度分解
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
本文以電動汽車用90A·h錳酸鋰LiMn2O4和60A·h磷酸鐵鋰LiFePO4能量型電池為探測對象，試驗使用美國Arbin公司bTS2000及其數據采集系統進行電池探測。
研究人員為分解動力鋰離子電池的特性設計了大量等效電路模型，通常分解單體電池在不同倍率、不同溫度和不同老化程度下的充放電特性。
以電流作為輸入量，并以電池電壓作為輸出量，通過等效元件的串并聯來模擬電池的電學性能。如電池在充放電過程中表現出的歐姆內阻、電化學極化以及濃差極化等現象，均可以通過模型參數以較高的精度表示。
由于電池極化電壓的建立和靜置過程消退均呈現指數函數新增或者衰減的特性，同時為便于電學仿真和計算，通常使用Rc阻容的模型對電池的極化電壓進行建模。
電池包串并聯仿真中電池外電壓Uo決定了并聯的各個支路的電流大小，而Uocv可以通過OCV-SOC曲線實際測量得到，因此對極化電壓的準確建模和仿真是研究電池串并聯特性的關鍵。對錳酸鋰離子電池充電狀態（stateofcharge，SOC）為40％～50％的充電過程和50％探測點的靜置過程分別進行模型狀態參數的辨識，極化電壓Up實驗數據和擬合結果如圖1（a）所示。
