混合電動車用MH—Ni電源系統(tǒng)若干問題探討

2.1 電池的容量

　　在應(yīng)用過程中，電池容量的一致性是無法進行檢測的，主要應(yīng)考核初始狀態(tài)時（即系統(tǒng)電池組裝配前）各電池容量的一致性。

　　在前面SOC情況的討論中，可以知道，SOC的最大偏差可以允許13%，這也是電池容量差別的最大允許要求，即低于此偏差即不影響系統(tǒng)的正常應(yīng)用。

　　在實際生產(chǎn)中，目前大部分廠家都控制在5%，這已經(jīng)能夠完全滿足電動車的要求。

　　2.2 電池的電壓

　　電池電壓的一致性與SOC有較大關(guān)系。首先要確定電壓一致性的判別方法。在低于20%SOC下，電池的電壓差別是比較明顯的。如0~1.2V，均可視為SOC=O%。20%的SOC，電壓在1.25V左右，與0%SOC電壓差別至少在50mV左右（此時10組合電池模塊可能達到500mV以上）。而在20%~80%SOC，電壓差別很小，電壓在1.25一1.35V范圍內(nèi)。此電壓指電池的開路電壓，而且一般開路時間比較長（4h以上）。隨著開路時間的增加，在20%~80%SOC范圍內(nèi)的電壓差別會更小，如自放電擱置28d，其電壓差別可能僅有30mV左右。在80%SOC以上，電壓也會有比較大的差別。因此，依據(jù)開路電壓來判斷，無法制定統(tǒng)一的標(biāo)準。從一致性的目的來說，主要是不影響系統(tǒng)的正常應(yīng)用，因此應(yīng)考慮電池在使用過程中的一致性。

　　從電池的充放電曲線我們可以知道，在低予20%SOC和高于80%SOC時，電池的電壓發(fā)生急劇變化，因此在超出此范圍考察一致性也無很大意義。

　　實際使用的SOC范圍在20%~80%之間，電壓比較平穩(wěn)，主要應(yīng)考察這一區(qū)間各電池電壓的一致性。從實際生產(chǎn)經(jīng)驗考慮，在此段充電或放電時，各電池的電壓差別不應(yīng)超過5mV（無論何SOC）。

　　2.3 內(nèi)阻的一致性

　　內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻（標(biāo)準1kHz下的交流內(nèi)阻）和直流內(nèi)阻（大電流短時間充電或放電測得）。應(yīng)用于HEV的MH—Ni電池內(nèi)阻相對較小。例如40Ah電池，其電池內(nèi)阻正常都在1~1.2mQ，但其檢測精確度與測量設(shè)備有較大關(guān)系。某些設(shè)備、儀器只要操作上稍有偏差，帶來的測量誤差就比較大，正常就有20%左右的誤差。一般來說，只要電池合格，性能正常，在此偏差范圍內(nèi)電池性能不會差別較大。但超出此范圍，電池性能可能會有差異，如電池制作過程中的虛焊等，雖然對電池容量無較大影響，但會對功率性能有影響，通過歐姆內(nèi)阻的檢測可以分辨出來。因此內(nèi)阻偏差一般控制在±20%的范圍內(nèi)為宜。

　　直流內(nèi)阻更能反映電池應(yīng)用過程中內(nèi)阻的一致性。但在生產(chǎn)、應(yīng)用過程中，是不可能對每只電池進行直流內(nèi)阻檢測的，不適宜作為考核的依據(jù)。

　　具體涉及到整個電源系統(tǒng)，另一個考慮的問題是電池之間的連接電阻，這一部分一定要控制一致性。因為此部分電阻稍大，在使用過程中就會發(fā)熱，從而帶來一系列的問題。但此部分內(nèi)阻本身很小，只有零點幾個毫歐，不容易直接檢測，可以在充放電過程中檢測其上的電壓降來控制，其一致性可以根據(jù)電池的連接方法、工藝等加以控制。

　　2.4 溫度的均勻性

　　溫度是對MH—Ni電池性能影響最大的因素之一。溫度不均勻不僅影響到電池使用過程中容量的一致性和對SOC的判別，更重要的是由于溫度不均勻，會使溫度高的部分電池衰減速度加快，從而影響整個系統(tǒng)的使用壽命。溫度的一致性主要是針對考察系統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，指電源系統(tǒng)在使用過程中內(nèi)部各電池所處周圍的環(huán)境溫度的差異程度。

　　對MH—Ni電池在不同溫度下的放電功率、容量以及充電效率等研究表明，在O~30℃，溫度每變化5℃，電池功率變化4%~5%（隨溫度升高而升高），在O℃以下和30℃以上，溫度每變化5℃，功率變化在2%~3%；在0℃以上，環(huán)境溫度對放電容量的影響不大，但低于此溫度，每差10℃，放電容量相差30%~50%；對于充電效率，在30—50℃（一般電動車使用最高溫度限制在50℃），溫度每升高5℃，充電效率（庫侖效率）會下降5%左右。

　　隨著溫度的升高，合金腐蝕速度加快。松下公司的研究表明，當(dāng)環(huán)境溫度分別從60℃一70℃寸80℃上升時，貯氫合金的壽命系數(shù)分別從1.59。79_0.40遞減。即以60℃為起點，溫度每上升10℃，合金壽命縮短一半。在混合電動車應(yīng)用過程中，最高溫度一般控制不超過55℃。

　　MH—Ni電池使用過程巾的問題主要是高溫問題，一方面要控制最高應(yīng)用溫度，避免出現(xiàn)熱失控等問題；另一方面，按照一卜面生產(chǎn)控制電池容量差別不超過5%及上述分析，使用過程中電池包內(nèi)各電池的環(huán)境溫度差異最高不應(yīng)超過5℃。日本豐田Prius車的電池包溫度差異控制在不超過5℃（在較低環(huán)境溫度下可以達到10℃），本田Insi曲t車則相對較低，不超過3℃。