根据电池组一致性的统计性和权重性,通常采用标准差和极差来描述电池组的不一致性,比如常用的有SOC的标准差、剩余电量的标准差等。这些描述方法有一定的科学性,且工程上相对比较容易得到,因而应用比较广泛。但小的标准差仅意味着其比大的标准差的不一致性小,并不能直观反映电池组因不一致性导致能量密度下降和寿命缩短等情况。因此,通常采用能够直观描述电池组不一致性导致电池寿命缩短的物理量,即电池组的可用电量或容量利用率来研究电池组的不一致性问题。
从应用的角度看,电池组容量小于其额定容量主要分为三个方面:
1)由于电池组成组后的不一致性,在没有均衡的情况下,任意一个单体的容量都不能得到充分的利用,由此导致电池组的不一致性容量损失,这部分容量损失可以通过在电池管理系统中常规的均衡方法来进行补偿,这种均衡的最大潜力是电池组容量达到电池组中最小单体的容量。
2)电池单体容量的不一致导致的容量损失。电池单体容量的不一致由其成组初期的容量不一致和容量衰减不一致造成,这一部分容量损失可以由结构更为复杂的实时非能耗式均衡进行补偿,这种均衡的最大潜力是电池组容量达到电池组中所有电池单体的平均容量。
3)由于电池耐久性的原因,电池单体容量期望的减小导致电池组容量损失,这一部分容量损失无法通过均衡手段补偿达到初始电池单体容量的期望,而是完全取决于电池单体的耐久性规律,也就是完全取决于电池在生产过程中的控制方式造成的电池性能差异,比如电池的内阻、容量、自放电率等。虽然这些都是表征电池动态一致性的特征参量,但其中必然有反映电池变化的分因子和总因子。根据图2-1可知,电池的内阻变化是电池动态一致性的主要影响因素,在电池实际应用中,如果能在线实时掌握电池的内阻变化,并据此进行电池的成组,将有效降低电池单体之间的不一致性,对提高电池的容量利用率具有很重要的意义。
一致性的演化机理及影响因素的分析可以对电池组容量小于电池单体容量做出合理的解答,同时可以用于指导电池组电池单体的筛选和成组后的管理,而电池组通过均衡减小不一致性的方案选择同样是建立在对电池组一致性演化机理的深入理解上。一致性辨识的基础是建立在电池单体状态的识别上,因此本书主要从表征电池单体一致性状态的识别参数,即主要是电池的内部阻抗来进行电池容量利用的研究。