鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1861次 | 2019年05月06日
鋰動(dòng)力電池電芯和模組參數(shù)的一致性水平，仍是影響鋰動(dòng)力電池使用壽命的重要因素
鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)的不一致性，是影響鋰動(dòng)力電池模組性能發(fā)揮和使用壽命的關(guān)鍵因素，雖然熱管理水平的提升，在某種程度上保證了鋰動(dòng)力電池模組的安全運(yùn)行，但鋰動(dòng)力電池電芯和模組參數(shù)的一致性水平，仍是影響鋰動(dòng)力電池使用壽命的重要因素。
摘要：本文在簡(jiǎn)介了鋰動(dòng)力電池的一致性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了鋰動(dòng)力電池電芯在其生命周期內(nèi)的主要特性參數(shù)的一致性，分析造成鋰動(dòng)力電池電芯及模組參數(shù)不一致的原因。
鋰動(dòng)力電池電芯的一致性是指鋰動(dòng)力電池電芯初期容量、內(nèi)阻、電極的電氣特性、電氣連接、溫度特性、衰變速度等性能指標(biāo)的一致性。以上參數(shù)的不一致，將直接影響運(yùn)行中的鋰動(dòng)力電池模組輸出電參數(shù)的差異。
鋰動(dòng)力電池模組的一致性是指由同一規(guī)格型號(hào)的鋰動(dòng)力電池電芯組成鋰動(dòng)力電池模組后，其電壓、荷電量、容量、衰退率、內(nèi)阻及其隨時(shí)間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時(shí)間變化率的一致性。
鋰動(dòng)力電池目前在新能源汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用在逐年增加，由于同一類型、規(guī)格的鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)的各單體電芯在電壓、內(nèi)阻、容量等方面的參數(shù)值存在差別，在構(gòu)成鋰動(dòng)力電池模組并安裝在電動(dòng)汽車上使用時(shí)，性能指標(biāo)往往達(dá)不到鋰動(dòng)力電池電芯的原有水平。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
一致性影響電池性能和壽命
鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)的不一致性，是影響鋰動(dòng)力電池模組性能發(fā)揮和使用壽命的關(guān)鍵因素，雖然熱管理水平的提升，在某種程度上保證了鋰動(dòng)力電池模組的安全運(yùn)行，但鋰動(dòng)力電池電芯和模組參數(shù)的一致性水平，仍是影響鋰動(dòng)力電池使用壽命的重要因素。
鋰動(dòng)力電池電芯在使用中多為串并聯(lián)方式，由于鋰動(dòng)力電池電芯從原材料到生產(chǎn)出成品，鋰動(dòng)力電池電芯要經(jīng)歷許多工藝過(guò)程。由于影響產(chǎn)品性能的因素很多，尤其是一些難以控制的偶然性因素的存在，因而批量生產(chǎn)的鋰動(dòng)力電池電芯的性能不可能做到完全一致。實(shí)踐表明，鋰動(dòng)力電池電芯性能的一致性對(duì)鋰動(dòng)力電池模組的使用壽命影響很大，因而鋰動(dòng)力電池模組對(duì)鋰動(dòng)力電池電芯的一致性提出了越來(lái)越高的要求。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
鋰動(dòng)力電池電芯在工廠生產(chǎn)、檢驗(yàn)合格出廠，其各單體電芯之間是存在一定性能差異。鋰動(dòng)力電池電芯初始的不一致性隨著鋰動(dòng)力電池電芯在使用過(guò)程中連續(xù)的充放電循環(huán)，將導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電芯狀態(tài)（SOC、電壓等）產(chǎn)生更大的差異。鋰動(dòng)力電池模組的使用環(huán)境對(duì)于各鋰動(dòng)力電池電芯也不盡相同，這就導(dǎo)致了鋰動(dòng)力電池電芯的不一致性在使用過(guò)程中逐步放大，從而在某些情況下使某些鋰動(dòng)力電池電芯性能加速衰減，并最終引發(fā)鋰動(dòng)力電池模組過(guò)早失效。
1）鋰動(dòng)力電池電芯并聯(lián)情況。放電能力低的1#鋰動(dòng)力電池電芯與其他正常的2#、3#、4#鋰動(dòng)力電池電芯并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)鋰動(dòng)力電池模組，在鋰動(dòng)力電池模組放電時(shí)，每個(gè)鋰動(dòng)力電池電芯都需要提供相同的電流，若需要鋰動(dòng)力電池模組放電20A。平均每個(gè)鋰動(dòng)力電池電芯放電5A。
由于1#鋰動(dòng)力電池電芯放電能力低，最大只能放出2A電流，則正常的2#、3#、4#鋰動(dòng)力電池電芯需要放出6A。正常的2#、3#、4#鋰動(dòng)力電池電芯在長(zhǎng)期超負(fù)荷的情況下，其老化速率將加快，最終使鋰動(dòng)力電池模組整體的最大放電能力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)最大能力。
2）鋰動(dòng)力電池電芯串聯(lián)情況。若鋰動(dòng)力電池模組是由一只容量為C的鋰動(dòng)力電池電芯和一只容量只有0.9C的鋰動(dòng)力電池電芯串聯(lián)構(gòu)成，反應(yīng)到SOC與開(kāi)路電壓的曲線上，同一SOC對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓，0.9C的鋰動(dòng)力電池電芯端電壓偏高。由于串聯(lián)的關(guān)系，兩只鋰動(dòng)力電池電芯通過(guò)同樣大小的電流，整個(gè)鋰動(dòng)力電池模組在充電時(shí)，0.9C的鋰動(dòng)力電池電芯最先到達(dá)充電截止電壓，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池模組停止充電，致使容量為C的鋰電鋰電池單體電芯沒(méi)有充滿電。
在放電時(shí)，容量為0.9C的鋰動(dòng)力電池電芯先放光全部可用能量，致使鋰動(dòng)力電池模組停止放電。這樣，0.9C的鋰動(dòng)力電池電芯始終處于滿充滿放狀態(tài)，而容量為C的鋰動(dòng)力電池電芯卻一直使用部分容量和處于未充滿電狀態(tài)，最終導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池模組整體的最大放電能力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)最大能力。
鋰動(dòng)力電池電芯一致性
鋰動(dòng)力電池電芯的一致性是鋰動(dòng)力電池的一個(gè)重要特征參數(shù)，但是一個(gè)相對(duì)概念。同一鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)的多個(gè)鋰動(dòng)力電池電芯的每一個(gè)特征參數(shù)，最好全部處在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，即標(biāo)準(zhǔn)的要求范圍內(nèi)，可稱為鋰動(dòng)力電池電芯的一致性好。鋰動(dòng)力電池電芯在其生命周期內(nèi)主要的一致性特性參數(shù)有：
1）容量一致性。按照目前鋰動(dòng)力電池電芯的壽命衡量標(biāo)準(zhǔn)，鋰動(dòng)力電池電芯可用容量和壽命緊密聯(lián)系在一起。鋰動(dòng)力電池電芯容量作為鋰動(dòng)力電池電芯分組初選的重要參數(shù)，是鋰動(dòng)力電池電芯不一致最重要的參數(shù)之一。造成鋰動(dòng)力電池電芯容量不一致的原因很多，并且多數(shù)都是制造過(guò)程的原因。由鋰動(dòng)力電池電芯組成的鋰動(dòng)力電池模組，其容量符合“木桶原理”，即最差的那只鋰動(dòng)力電池電芯的容量決定整個(gè)鋰動(dòng)力電池模組的充放電能力及壽命。
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
動(dòng)力電池同樣遵循“木桶原理”
2）電壓一致性。鋰動(dòng)力電池電芯在化成后，經(jīng)歷同樣的充放電過(guò)程，并靜置足夠時(shí)間，在同樣的環(huán)境溫度下，當(dāng)鋰動(dòng)力電池電芯充電到相同SOC，測(cè)量其開(kāi)路電壓，此時(shí)體現(xiàn)出來(lái)的電壓差，就是鋰動(dòng)力電池電芯的電壓不一致性。
在鋰動(dòng)力電池充放電過(guò)程中，電壓值是該鋰動(dòng)力電池?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的綜合反映，既受鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)過(guò)程中各工序工藝條件的影響，又受鋰動(dòng)力電池充放電過(guò)程中電流、溫度、時(shí)間和使用過(guò)程中偶然因素的影響，因而鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)各個(gè)鋰動(dòng)力電池電芯的電壓值不可能完全一樣。鋰動(dòng)力電池電芯的開(kāi)路電壓符合正態(tài)分布，就是說(shuō)，所有提高一致性的努力，只能改變參數(shù)的集中度。
3）內(nèi)阻一致性。鋰動(dòng)力電池電芯的內(nèi)阻是其功率特性的重要表征，也是鋰動(dòng)力電池電芯成組后電芯性能參數(shù)進(jìn)一步離散化的原因之一。鋰動(dòng)力電池電芯的內(nèi)阻不一致可以造成溫升不一致，是引發(fā)其他參數(shù)進(jìn)一步離散化的原因。不同內(nèi)阻的鋰動(dòng)力電池電芯，在流過(guò)相同的電流時(shí)，內(nèi)阻大的鋰動(dòng)力電池電芯發(fā)熱量相對(duì)比較多。鋰動(dòng)力電池電芯溫升高，造成鋰動(dòng)力電池電芯的劣化速度加快，導(dǎo)致內(nèi)阻進(jìn)一步升高，形成一負(fù)反饋，使高內(nèi)阻的鋰動(dòng)力電池電芯加速劣化。
4）壽命一致性，鋰動(dòng)力電池電芯壽命一致性的另外一層含義是鋰動(dòng)力電池失效時(shí)間一致，有研究表明，并不一定是容量最小的鋰動(dòng)力電池電芯或者工作條件最惡略的鋰動(dòng)力電池電芯最先達(dá)到壽命的終點(diǎn)。每只鋰動(dòng)力電池電芯從出廠開(kāi)始，其抗衰老的能力是存在差異。鋰動(dòng)力電池模組的壽命是由壽命最短的那只鋰動(dòng)力電池電芯決定的，在鋰動(dòng)力電池模組中，容量小的鋰動(dòng)力電池電芯每次都是滿充滿放，導(dǎo)致最先到達(dá)壽命的終點(diǎn)，對(duì)于鋰動(dòng)力電池模組，一只鋰動(dòng)力電池電芯壽命終結(jié)，鋰動(dòng)力電池模組也就跟著壽終正寢。
5）溫度特性一致性。鋰動(dòng)力電池電芯除了直接影響發(fā)熱的內(nèi)阻因素外，其內(nèi)部電化學(xué)物質(zhì)制造過(guò)程中形成的不一致，對(duì)發(fā)熱量也會(huì)產(chǎn)生影響。每只鋰動(dòng)力電池電芯在鋰動(dòng)力電池模組中所處位置不同，造成其散熱條件的差異，最終也會(huì)導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電芯溫升不一致。
鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)的溫度分布對(duì)其性能與循環(huán)壽命是有影響的，平均溫度越低，溫度不均勻程度越高，鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)的鋰動(dòng)力電池電芯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，鋰動(dòng)力電池模組的循環(huán)壽命越短。值得注意的是，不均勻的溫度分布會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)支路間電流分配不均，從而惡化鋰動(dòng)力電池電芯老化速率的一致性。
導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電芯及模組參數(shù)不一致的因素
（1）導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)不一致的因素
鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)不一致是一個(gè)不斷累積的過(guò)程，時(shí)間越長(zhǎng)各鋰動(dòng)力電池電芯之間參數(shù)產(chǎn)生的差異越大。其原因是在鋰動(dòng)力電池模組的使用過(guò)程中受到使用環(huán)境因素的影響，致使鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)的不一致被逐漸放大，從而導(dǎo)致某些鋰動(dòng)力電池電芯性能加速衰減，最終導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池模組壽命終結(jié)。影響鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)不一致的因素有：
1）鋰動(dòng)力電池電芯在制造過(guò)程中，由于制造工藝生產(chǎn)水平、材料精度、純度的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致最終產(chǎn)品性能參數(shù)的不一致。使用不同批次的正極、負(fù)極和電解液生產(chǎn)的鋰動(dòng)力電池電芯，一般是不能混用的。即使在分選過(guò)程中鋰動(dòng)力電池電芯的參數(shù)非常一致，也不能保證在未來(lái)使用一段時(shí)間以后鋰動(dòng)力電池電芯的狀態(tài)，因而當(dāng)前的處理方式是避免采用不同批次的正極、負(fù)極和電解液生產(chǎn)的鋰動(dòng)力電池電芯混合使用。
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
淺析鋰動(dòng)力電池電芯/模組的一致性
一致性受生產(chǎn)工序等多方影響
2）鋰動(dòng)力電池電芯生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，每一工序的一致性都非常重要，但最難保障一致性的是涂布工藝過(guò)程，涂層厚度和均勻性以及材料活性都不是機(jī)械手段易于嚴(yán)密把控的，是造成鋰動(dòng)力電池電芯差異的主要工序。在制造工序中產(chǎn)生的差異，只能在分選工序中盡力彌補(bǔ)。在鋰動(dòng)力電池電芯生產(chǎn)過(guò)程中，即使嚴(yán)格控制配料、活漿、涂布、裁剪、輥壓等工藝過(guò)程，只是縮小批量產(chǎn)品之間的標(biāo)準(zhǔn)差,但不能消除不一致性。
（2）導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電模組參數(shù)不一致的因素
鋰動(dòng)力電池電芯主要的結(jié)構(gòu)包括正極，正極集流體，負(fù)極，負(fù)極集流體，隔膜和電解液。鋰動(dòng)力電池電芯的性能表現(xiàn)的不一致，根源最終都可以挖掘到這些組成部件上來(lái)。鋰動(dòng)力電池電芯的不一致性必然會(huì)傳導(dǎo)到鋰動(dòng)力電池模組上，鋰動(dòng)力電池電芯分選的重要性會(huì)在成型后的鋰動(dòng)力電池模組上體現(xiàn)出來(lái)。
單體鋰動(dòng)力電池電芯經(jīng)過(guò)焊接、夾持，串并聯(lián)，連接在一起構(gòu)成鋰動(dòng)力電池模組。在此生產(chǎn)過(guò)程中的工藝不一致，必然會(huì)導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池模組與模組之間的不一致，最直觀的表征就是鋰動(dòng)力電池模組的內(nèi)阻不一致。
1）在鋰動(dòng)力電池模組成組過(guò)程中，焊接工藝不一致極容易造成焊接電阻的差異。鋰動(dòng)力電池電芯內(nèi)阻的數(shù)量級(jí)是幾或十幾毫歐，在焊接工藝中產(chǎn)生焊接電阻的輕微不一致，對(duì)鋰動(dòng)力電池模組來(lái)說(shuō)，都是不可接受的。
2）用于鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)部、模組之間連接的銅排或者高壓導(dǎo)線，其自身尺寸、連接方式和表面處理也會(huì)對(duì)鋰動(dòng)力電池模組的一致性造成影響，主要體現(xiàn)在鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)阻上。
3）采用不同連接方式（螺釘連接、壓接還是焊接，）的鋰動(dòng)力電池模組，在使用中對(duì)鋰動(dòng)力電池模組一致性的影響也是不同的。除了考慮加工的工藝性，還要考慮連接電阻的影響。采用焊接的連接點(diǎn)，如果表面處理沒(méi)有做好，出現(xiàn)了氧化腐蝕，其電阻自然會(huì)增大。而沒(méi)有銹蝕的焊點(diǎn)，電阻會(huì)與有銹蝕的焊點(diǎn)不同。
（3）導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電模組投入使用影響參數(shù)不一致的因素
在鋰動(dòng)力電池模組投入使用后，鋰動(dòng)力電池模組中各個(gè)單體鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)受電解液密度、溫度和通風(fēng)條件、自放電程度及充放電過(guò)程等差別的影響。因鋰動(dòng)力電池電芯在鋰動(dòng)力電池模組內(nèi)的位置不盡相同，被包裹在鋰動(dòng)力電池模組中心的鋰動(dòng)力電池單體電芯與身處鋰動(dòng)力電池模組最外層的單體鋰動(dòng)力電池電芯，散熱條件差異很大。在達(dá)到熱平衡之前，不同單體鋰動(dòng)力電池電芯的溫度條件都是不同的。
1）若鋰動(dòng)力電池包安裝在不同的位置，因其環(huán)境溫度不同對(duì)鋰動(dòng)力電池模組一致性的影響也不同。由于距離外部環(huán)境、距離熱源條件不同，都會(huì)導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池包內(nèi)不同位置鋰動(dòng)力電池模組溫度條件的差異。
2）鋰動(dòng)力電池電芯相對(duì)于集流銅排的位置不同，將會(huì)造成彼此間散熱條件的不同，致使鋰動(dòng)力電池電芯熱環(huán)境溫度的不一致性。
在鋰動(dòng)力電池模組工作過(guò)程中，溫度的不一致會(huì)對(duì)鋰動(dòng)力電池電芯參數(shù)的一致性產(chǎn)生顯著的影響。不同的熱環(huán)境疊加在一起，導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池電芯的工作環(huán)境溫度存在差異。長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境的鋰動(dòng)力電池電芯將逐步劣化，劣化致使鋰動(dòng)力電池電芯的內(nèi)阻將上升，鋰動(dòng)力電池電芯內(nèi)阻的上升使鋰動(dòng)力電池電芯溫度進(jìn)一步升高，使鋰動(dòng)力電池電芯進(jìn)入惡性循環(huán)。
