鉅大LARGE | 點擊量：439次 | 2023年02月10日
為什么鋰電芯的一致性對于電動汽車電池那么重要呢
鋰離子電池目前在新能源汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域中大規(guī)模應用情況在逐年新增，但目前電池參數(shù)的不一致性是影響電池組使用壽命的關(guān)鍵因素，雖然熱管理水平的提升在某種程度上保證了電池組的安全運行，但關(guān)于提升電池的一致性水平仍然是大規(guī)模使用鋰離子電池的重要技術(shù)影響因素。
通過對一個10串10并電池組的模擬，我們闡明了電池組內(nèi)的溫度分布對其性能與循環(huán)壽命的影響。平均溫度越低，溫度不均勻程度越高，電池組內(nèi)單電池放電深度的不一致性越高；平均溫度越高，溫度不均勻程度越高，電池組循環(huán)壽命越短。值得注意的是，不均勻的溫度分布會導致并聯(lián)支路間電流分配不均，從而惡化單電池老化速率的一致性。
在電池組熱管理方面，我們提出了一種對并行式空冷電池組內(nèi)部的流場與溫度場進行快捷估算的方法。該方法由流動阻力網(wǎng)絡模型和暫態(tài)傳熱模型組成，防止了計算流體動力學方法用于模擬大型電池組時計算量過大的問題，同時保證了很高的估算精度。利用這一方法，我們考察了不均勻的流場對電池組內(nèi)溫度均勻性的影響，并以提高溫度均勻性為目標，對空冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了討論，給出了一個可行的參數(shù)配置方法。
由于同一類型、規(guī)格的電池在電壓、內(nèi)阻、容量等方面的參數(shù)值存在差別，使其在電動汽車上使用時，性能指標往往達不到單體電池的原有水平，嚴重影響其在電動汽車上的應用。
鋰離子電池一致性是指：用于成組的單體電池的初期性能指標的一致，包括：容量、阻抗、電極的電氣特性、電氣連接、溫度特性、衰變速度等。以上因數(shù)的不一致，將直接影響運行中輸出電參數(shù)的差異。
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%
鋰離子電池組的不一致性或電池組的離散現(xiàn)象就是指同一規(guī)格型號的單體蓄電池組成電池組后,其電壓、荷電量、容量、衰退率、內(nèi)阻及其隨時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率。
單體電池在制造出來后，本身存在一定性能差異。初始的不一致度隨著電池在使用過程中持續(xù)的充放電循環(huán)而累計，導致各單體電池狀態(tài)(SOC、電壓等)出現(xiàn)更大的差異；電池組內(nèi)的使用環(huán)境關(guān)于各單體電池也不盡相同。這就導致了單體電池的不一致度在使用過程中逐步放大，從而在某些情況下使某些單體電池性能加速衰減，并最終引發(fā)電池組過早失效。
不一致性原因從時間順序劃分，電池組中單體電池的不一致性重要體現(xiàn)在兩方面：制造過程中工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在很微小的差別，從而出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性；裝車使用時，電池組中各個電池的電解液密度、溫度和通風條件、自放電程度及充放電過程等差別的影響。
同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)阻和自放電的差異性原因分析
針對這些不一致出現(xiàn)的原因，是否可以通過某些措施完全消除電池組內(nèi)的不一致：很多人認為電池不一致是生產(chǎn)工藝的問題，也有人認為是配組過程的問題，通過SPC等過程控制措施就可以完全消除電池的不一致。
但是實踐證明，即使嚴格控制配料、活漿、涂布、裁剪、輥壓等工藝過程，只是縮小批量產(chǎn)品之間的標準差,而不能消除不一致性。若影響某一隨機變量的隨機因素很多，且其中每個因素的影響獨自都不能起決定性用途，這些因素的影響又可疊加，則該隨機變量服從正態(tài)分布，特性的參數(shù)有標準差σ和均值μ。電池充放電過程的電壓值是該電池熱力學和動力學狀態(tài)的綜合反映，既受電池生產(chǎn)過程中各工序工藝條件的影響，又受電池充放電過程中電流、溫度、時間和使用過程中偶然因素的影響因而電池組內(nèi)各個電池的電壓值不可能完全相同。
改進舉措
1.生產(chǎn)過程措施電池公司控制好各種原材料的一致性；漿料的流變性監(jiān)測，不長時間擱置漿料，保證漿料在涂布時流變性是相同的；涂布參數(shù)監(jiān)控，尤其是磷酸鐵鋰漿料，由于磷酸鐵鋰顆粒較細，漿料的加工性能差，在涂布時應注意減慢涂布機走速；漿料黏度的合理檢測；對極片的外觀檢查；剔除有瑕疵的極片；極片稱重；注液前后電池質(zhì)量差比較；化成溫度；濕度控制；制定各種原材料的標準，嚴格按照標準對原材料進行檢驗、儲存；生產(chǎn)工藝的一致性調(diào)控；對生產(chǎn)工藝的一致性進行精細調(diào)控；工藝過程進行嚴格的統(tǒng)計過程控制（SPC）；確保每個工藝在規(guī)定的公差范圍內(nèi)；確保過程能力指數(shù)，使其遵循正常的生產(chǎn)參數(shù)分布規(guī)律。
2.配組過程的措施保證電池組采用統(tǒng)一規(guī)格、型號的電池，保證電池出廠質(zhì)量尤其是初始電壓的一致性，篩選條件：電壓；內(nèi)阻；電池化成數(shù)據(jù)；一致性評價方法有很多，目前最常使用的是極差系數(shù)法、標準差系數(shù)法和閾值法。結(jié)合聚類分析，利用設按時間間隔內(nèi)由各個檢測點構(gòu)成電池充放電曲線的形狀、距離、面積來進行科學分類，從而判定電池的一致性。在容量或電壓閾值的基礎上，對充放電曲線形狀，曲線間的距離，曲線圍取面積等進行計算，選取能體現(xiàn)曲線一致的參數(shù)進行判定。選配充放電過程中曲線較接近，相對距離較小，曲線圍取的面積較小，組間差異較小的電芯進行配組，從而實現(xiàn)最優(yōu)的一致配組。
3.電池均衡管理從電池管理系統(tǒng)角度，在電池組使用過程中檢測單電池參數(shù)，尤其是電動汽車停駛或行駛過程中電壓分布情況，掌握電池組中單電池不一致性發(fā)展規(guī)律，對極端參數(shù)電池進行及時調(diào)整或更換，以保證電池組參數(shù)不一致性不隨使用時間而增大。防止電池過充電，盡量防止電池深放電。保證電池組良好的使用環(huán)境，盡量保證恒溫，減小振動，保證水、塵土等污染電池極柱。同時從能量的管理和策略上，引入實用性電池組能量管理和均衡系統(tǒng)，制定合理的電池均衡策略，主動干預和降低電池的不一致性。
4.電池熱管理電池使用過程中，內(nèi)阻、電池布置方式等因素的差異，會在充放電過程出現(xiàn)自身溫度和環(huán)境溫度的差異，這樣會直接導致其輸出性能的差異。電池熱管理用途是將電池組的工作溫度保持在電池最優(yōu)的工作溫度范圍之內(nèi)。保證電池之間溫度條件的一致，從而確保電池使用參數(shù)的一致性。（電池在不同溫度狀態(tài)的壽命不同，溫度每升高10℃其退化速度就新增一倍）
5.控制策略在能量管理方面，輸出功率允許的情況下，盡量減小電池放電深度。鋰離子電池在深度放電條件下的一致性變差，電池組的壽命也會減少。盡量防止電池深放電的同時，防止電池的過充電。系統(tǒng)內(nèi)具備了均衡電路后可以防止個別電池的過充電，適當降低充電終止電壓，可延長電池組的循環(huán)壽命。
6.其他使用過程日常維護過程中，對測量中容量偏低電池進行單獨維護性充電，使其性能恢復。間隔一按時間對電池組進行小電流維護性充電，促進電池組自身的均衡和性能恢復。使用環(huán)境方面，保證電池組良好的使用環(huán)境一致，減小振動，防止水、塵土等污染電池極柱。此項內(nèi)容，一般很難運用在車上，要用的也要電池系統(tǒng)和整車控制器來實現(xiàn)。
