動力鋰電池組保護(hù)研究現(xiàn)狀

單體鋰電池之間的容量差異是導(dǎo)致單體電池出現(xiàn)過度充電、過度放電的最根本原因，解決方法之一是對電池組進(jìn)行均衡充電。目前，對均衡充電的研究主要側(cè)重于兩部分：一部分是對均衡充電電路拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)，另一部分是對均衡控制策略的研究。而目前的研究是側(cè)重于對均衡充電電路拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)，主要有電阻放電均衡法、開關(guān)電容法、開關(guān)電感法、雙向DC-DC變流器法、多繞組變壓器法、集散式均衡法等。與此同時(shí)，各大半導(dǎo)體公司也推出了均衡控制集成芯片以及配套解決方案，如Atmel公司推出了ATA6870、ATA6871鋰電池并聯(lián)電阻分流放電均衡方案，TI公司于2010年推出了BQ78PL1114、BQ76PL102開關(guān)電感法均衡方案等。

綜合分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：1）均衡時(shí)間是一個共同且嚴(yán)重的問題，多數(shù)達(dá)數(shù)小時(shí)之久；2）現(xiàn)有的均衡技術(shù)大多數(shù)基于電池外電壓均衡，由于單體電池容量差異性的存在使得各單體電池充放電電壓外特性的不一致，尤其在單體電池充電后期單體電池電壓上升較快，使得利用電池外電壓作為電池組一致性的判據(jù)存在均衡判據(jù)不穩(wěn)定的問題。同時(shí)，研究表明該方法對均衡前后電池組可用容量的增加效果并不明顯；3）實(shí)用性差，電路設(shè)計(jì)時(shí)不能兼顧電動汽車的使用工況，不能隨電池組串聯(lián)電池節(jié)數(shù)的增加而進(jìn)行模塊化擴(kuò)展等。

綜上所述，目前對動力電池組均衡充電的研究尚存在諸多問題，對均衡時(shí)間的縮短、電池組一致性評價(jià)的判據(jù)、以及對均衡充電控制策略的研究還需進(jìn)一步的深入和提高。

鋰離子電池的安全性歸根結(jié)底取決于鋰離子電池材料的熱穩(wěn)定性，單體電池的不一致性使得動力鋰電池并、串聯(lián)成組使用時(shí)，其熱穩(wěn)定性問題尤為突出。

由于鋰電池材料特性決定了其對過熱更為敏感，使得對鋰電池使用的保護(hù)電路研究尤為重要。

針對動力鋰電池組使用的保護(hù)問題，目前在電池產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用控制方面采取了一些措施。根據(jù)對電池耐過充性能的分析，發(fā)現(xiàn)電池正極材料耐過充性能越強(qiáng)相應(yīng)電池耐過充性能就會越強(qiáng)，因此，為了提高鋰電池的耐過充性能，一方面，在電池產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中使用PTCB8]、Vent/CID等安全裝置、采用耐過充的正極材料、采用熱封閉隔離膜、采用具有PTC效應(yīng)的電極[]、采用電壓敏感隔離膜

或者添加過充添加劑。令一方面，為了防止鋰離子電池過度充放電，保證電池的使用安全性，在實(shí)際應(yīng)用中，單只電池及電池組均加載保護(hù)電路，并使用專用充電管理系統(tǒng)。各大半導(dǎo)體公司也紛紛推出了鋰離子電池保護(hù)集成管理芯片，如TI公司的bq77910、凹凸科技的OZ890等。該方法直接、有效，但并非萬無一失。尤其是對于高壓電動汽車使用場合，例如比亞迪公司即將推出的名為“秦”的第二代雙模電動車，電壓等級已高達(dá)500V，電池?cái)?shù)目多大幾百只，而任一節(jié)單體電池的管理失控都有可能帶來嚴(yán)重的安全問題。

另外，單體電池管理電路的能耗問題也逐漸成為電池保護(hù)需要考慮的問題。

針對單體電池管理電路存在的能耗問題，文獻(xiàn)[45]在單體電池管理電路中對單體電池電壓、溫度等參數(shù)檢測上進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)電池組帶載過重輸出大電流，或是電池放置太久漏電使電池電壓很低（低于2.65V）時(shí)，此時(shí)并聯(lián)在電池兩端的單體電池管理電路仍將消耗電池電能，尤其是對于長期擱置不使用的電動汽車而言，此時(shí)并聯(lián)在電池兩端的單體電池管理電路將對電池組過度放電，直至將內(nèi)部的單體電池放電至損壞狀態(tài)。目前國內(nèi)外單體電池管理電路在單體電池過度放電時(shí)的自動掉電設(shè)計(jì)研究甚少，大多數(shù)電池管理方案是在電池組處于欠壓時(shí)，通過繼電器自動掉電。然而該方案存在的缺點(diǎn)是可靠性不高、能耗大。為此，需設(shè)計(jì)一種自動切除掉電電路，該電路可做到當(dāng)檢測到單體電池處于欠壓時(shí)，將單體電池管理電路從單體電池兩端切除。