導讀

锂離子電池目前在新能源汽車、智能電網等領域中大規模應用情況在逐年增加，但目前電池參數的不一緻性是影響電池組使用壽命的關鍵因素。

為什麼锂電芯的一緻性對于電動汽車電池這麼重要

锂離子電池目前在新能源汽車、智能電網等領域中大規模應用情況在逐年增加，但目前電池參數的不一緻性是影響電池組使用壽命的關鍵因素，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，但對于提升電池的一緻性水平仍然是大規模使用锂電池的重要技術影響因素。

通過對一個10串10并電池組的模拟，闡明了電池組内的溫度分布對其性能與循環壽命的影響。平均溫度越低，溫度不均勻程度越高，電池組内單電池放電深度的不一緻性越高；平均溫度越高，溫度不均勻程度越高，電池組循環壽命越短。值得注意的是，不均勻的溫度分布會導緻并聯支路間電流分配不均，從而惡化單電池老化速率的一緻性。

锂離子電池一緻性是指：用于成組的單體電池的初期性能指标的一緻，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。以上因素的不一緻，将直接影響運行中輸出電參數的差異。

锂離子電池組的不一緻性或電池組的離散現象就是指同一規格型号的單體蓄電池組成電池組後,其電壓、荷電量、容量、衰退率、内阻及其随時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其随時間變化率。

單體電池在制造出來後，本身存在一定性能差異。初始的不一緻度随着電池在使用過程中連續的充放電循環而累計，導緻各單體電池狀态(SOC、電壓等)産生更大的差異；電池組内的使用環境對于各單體電池也不盡相同。這就導緻了單體電池的不一緻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，并最終引發電池組過早失效。

不一緻性原因從時間順序劃分，電池組中單體電池的不一緻性主要體現在兩方面：制造過程中工藝上的問題和材質的不均勻，使得電池極闆活性物質的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔闆等存在很微小的差别，從而産生内部結構和材質上的不完全一緻性；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别的影響。

同一批次出廠的同一型号電池的容量、内阻和自放電的差異性原因分析

針對這些不一緻産生的原因，是否可以通過某些措施完全消除電池組内的不一緻：很多人認為電池不一緻是生産工藝的問題，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緻。但是實踐證明，即使嚴格控制配料、活漿、塗布、裁剪、輥壓等工藝過程，隻是縮小批量産品之間的标準差,而不能消除不一緻性。若影響某一随機變量的随機因素很多，且其中每個因素的影響獨自都不能起決定性作用，這些因素的影響又可疊加，則該随機變量服從正态分布，特性的參數有标準差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态的綜合反映，既受電池生産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内各個電池的電壓值不可能完全一樣。

改進舉措

1、生産過程措施，電池企業控制好各種原材料的一緻性；漿料的流變性監測，不長時間擱置漿料，保證漿料在塗布時流變性是相同的；塗布參數監控，尤其是磷酸鐵锂漿料，由于磷酸鐵锂顆粒較細，漿料的加工性能差，在塗布時應注意減慢塗布機走速；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；注液前後電池質量差比較；化成溫度；濕度控制；制定各種原材料的标準，嚴格按照标準對原材料進行檢驗、儲存；生産工藝的一緻性調控；對生産工藝的一緻性進行精細調控；工藝過程進行嚴格的統計過程控制(SPC)；确保每個工藝在規定的公差範圍内；确保過程能力指數，使其遵循正常的生産參數分布規律。

2、配組過程的措施，保證電池組采用統一規格、型号的電池，保證電池出廠質量尤其是初始電壓的一緻性，篩選條件：電壓；内阻；電池化成數據；一緻性評價方法有很多，目前最常使用的是極差系數法、标準差系數法和阈值法。結合聚類分析，利用設定時間間隔内由各個檢測點構成電池充放電曲線的形狀、距離、面積來進行科學分類，從而判定電池的一緻性。在容量或電壓阈值的基礎上，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，選取能體現曲線一緻的參數進行判定。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，從而實現最優的一緻配組。

3、電池均衡管理，從電池管理系統角度，在電池組使用過程中檢測單電池參數，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緻性發展規律，對極端參數電池進行及時調整或更換，以保證電池組參數不一緻性不随使用時間而增大。避免電池過充電，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，制定合理的電池均衡策略，主動幹預和降低電池的不一緻性。

4、電池熱管理電池使用過程中，内阻、電池布置方式等因素的差異，會在充放電過程出現自身溫度和環境溫度的差異，這樣會直接導緻其輸出性能的差異。電池熱管理作用是将電池組的工作溫度保持在電池最優的工作溫度範圍之内。保證電池之間溫度條件的一緻，從而确保電池使用參數的一緻性。(電池在不同溫度狀态的壽命不同，溫度每升高10℃其退化速度就增加一倍)

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。锂離子電池在深度放電條件下的一緻性變差，電池組的壽命也會減少。盡量防止電池深放電的同時，避免電池的過充電。系統内具備了均衡電路後可以防止個别電池的過充電，适當降低充電終止電壓，可延長電池組的循環壽命。

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，使其性能恢複。間隔一定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複。使用環境方面，保證電池組良好的使用環境一緻，減小振動，避免水、塵土等污染電池極柱。此項内容，一般很難運用在車上，要用的也需要電池系統和整車控制器來實現。

結論：提高蓄電池的一緻性是一個系統工程，需要電池的設計、生産、質量控制、應用、維護等多方面共同考慮。

來源：動力電池熱失控技術研究

來源: 動力電池網

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