干货|锂电池组装中电芯一致性的解析

锂电联盟会长 2023-09-19 17:41 1324浏览 0评论 0点赞

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锂电池参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。电芯性能的不一致，都是在生产过程中形成，在使用过程中加深。今天，小编就带大家来了解一下锂电池组一致性的问题。

一致性的定义

锂电池的一致性，眼前看，是指一组锂电池重要特征参数的趋同性，是一个相对概念，没有最一致，只有更一致。同一个电池包内的多串电芯，每一个参数，最好全部处在一个较小的范围内，是为一致性好。

加入时间维度，一致性是指电池包内全部电芯全生命周期内全部特性参数的一致性，增加考虑容量衰减的不一致，内阻增长的不一致，老化速率的不一致。整个电池包的寿命，是我们关注一致性的最终着眼点。

追求一致性的目，除了在当前状态下，发挥出电池包的最大能力(包括最大功率，最大电流，最大可用容量)，还想要这样的能力维持尽量长的时间。

不一致性的概念

锂电池参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。其中电压为电池在组装时的初始电压。内阻为充满电时的交流内阻，容量为电芯充满电后的放电容量。

随着电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，导致各单体电池状态(SOC、电压等)产生更大的差异;

锂电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同。这就导致了单体电池的不一致度在使用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发锂电池组过早失效。

补充：SOC用来描述电池剩余电量，是电池使用过程中重要的参数之一，SOC估计是判断电池过充过放的基础，

锂电池的开路电压与电池的荷电量有明确单调的对应关系，只要获得准确的开路电压就可以推算出电池电量。

不一致性产生的原因

锂电池组的不一致性是一个不断累积的过程，时间越长单体电池之间产生的差异越大;并且锂电池组还会受到使用环境的影响，在以后的使用过程中单体电池的不一致性会被逐渐放大，从而导致某些单体电池性能加速衰减，最终导致电池没有使用功能。

锂电池组的不一致性主要受时间的影响较大，原因主要包括两个方面：

1、首先是制造过程中存在工艺上的问题和材质的不均匀等问题，使得锂电池的材料和等存在很微小的差别;在锂电池组投入使用后，电池组中各个电池的电解液密度、温度和通风条件、自放电程度及充放电过程等差别的影响，同一批次出厂的同一型号电池容量和内阻可能存在差异性。

2、装车使用时，锂电池组中各个电池的电解液密度、温度和通风条件、自放电程度及充放电过程等差别的影响。

一致性的评价范围

个人理解，作为动力的全部电芯的一致性，无论串联关系还是并联关系。简单举例说明。
并联情况

放电能力低的电芯(代号B)与其他正常电芯并联，成为一个并联模组D，比如这是一个10只电池并联的模组。系统放电，每个并联模组都需要提供相同的电流，比如100A。其他正常的并联模组，每只电池放电10A;B最大只能放出1A电流，则其他9只电池，每只需要放出11A。一般情况下，长期超负荷，相比其他并联模组，这些电芯的老化速率更快。某一天，这个并联模组整体的最大放电能力无法达到设计最大能力。这个并联电池组，成了整个电池包放电能力的瓶颈。
串联情况

按照一般情形，串联关系主要在模组与模组之间。接续前面并联情况的剧情，整个电池包内出现了一个老化程度比其他电池组都深的电池组D，D的容量小，而内阻大。反应到SOC与开路电压的曲线上，同一SOC对应的开路电压，D端电压偏高。整个电池包充电，D最先到达充电截止电压，电池包停止充电。其他模组还没有吃饱，他已经要撑破肚皮，因为它老了，肚量变小了。

因此，单体一致性，不是某一个焊接在一起的模组内部的事，而是对所有动力电池的要求。

锂电池组不一致会产生什么危害和问题?

一致性较差可能会导致各电芯在充放电时的实时电压分配不均，造成过压充电或者欠压放电，引发安全问题。

具体如下：

①容量损失，电芯单体组成锂电池组，容量符合“木桶原理”，最差的那颗电芯的容量决定整个电池组的能力。

②寿命损失，小容量电芯，每次都是满充满放，出力过猛，很大可能最先到达寿命的重点。一直电芯寿命终结，一组焊接在一起的电芯，也就跟着寿终正寝。

③内阻增大，不同的内阻，流过相同的电流，内阻大的电芯发热量相对比较多。电池温度过高，造成劣化速度加快，内阻又会进一步升高。内阻和温升，形成一对负反馈，使高内阻电芯加速劣化。

锂电池在使用过程中都会使用保护电路系统，以保证安全。锂电池的一致性在使用过程中直观的表现是电压的一致性差异（压差），而保护系统的检测是以电压监控为依据。其中一只单体电池电压达到保护条件就会切断电池回路，而不理会其他单体电池是否充满电或放完电。经过不断的充放工作，这种差异会越来越大，直至电池组失去使用价值。如果与个别保护系统故障或失效的因素叠加，就会发生安全问题。

来源：锂电派

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