單體的不一致性對動力電池組的影響有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 06:03
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電池單體的不一致性主要是在制造過程中產(chǎn)生，由于工藝水平使電池極板厚度、微孔率、活性物質(zhì)的活化程度等存在微小差別。這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的不一致性就會使同一批次出廠的同一型號電池的電壓、容量、內(nèi)阻等不可能完全一致。單體電池的不一致性對動力電池組使用壽命的影響分為電壓的不一致性、容量的不一致性以及內(nèi)阻的不一致性。
在單體電池成組的過程中，如果電壓的不一致性較大，會造成低壓電池與正常電池一起使用時成為電池組的負(fù)載。因為當(dāng)并聯(lián)的兩節(jié)電池中存在低壓電池，那么會發(fā)生互充電現(xiàn)象，其他電池將會給該電池充電。這種連接方式會使得低壓電池的容量小幅度增加而高壓電池容量大幅度減少，能量損耗在互充電上達(dá)不到理想的對外輸出。
初始容量不一致在電池成組前經(jīng)過篩選已經(jīng)大大減小，在使用過程盡管可以通過電池單體單獨(dú)充電方式來平衡單體電池初始容量的不同。但電動汽車的連續(xù)充放電循環(huán)過程使得這種不一致性在某種程度上會放大，容量隨循環(huán)的衰減速度不同，隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加，容量的差異就會越來越大。這樣會使得單體電池的容量加劇衰減帶動整個電池組的容量衰減。
內(nèi)阻的不一致性使得單體電池在電池組內(nèi)的電壓電流分配不均，局部出現(xiàn)過壓充電或欠壓放電。內(nèi)阻的不一致性還會使單體電池在放電過程中熱量的損失不等，內(nèi)阻越大則溫度升高的速度越快，有可能最終造成熱失控。
電壓、容量、內(nèi)阻等各類不一致性導(dǎo)致電池單體壽命與電池組壽命出現(xiàn)差異，主要表現(xiàn)在溫度差異、充放電倍率差異、放電深度差異和可用容量差異上。比如放電深度的差異，由于電池單體初始容量的差異，大部分電池還處于淺放電的狀況下，低容量的電池單體已經(jīng)深度放電。
電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜4部分組成，這些材料被封裝在一個圓柱形的鋼瓶內(nèi)。由于正極材料上有很多微型的孔洞，所以可以儲存大量電子。在放電過程中，這些電子通過外電路，移動到正極材料上。當(dāng)電池接通外部用電器之后，會形成從正極到用電器再到負(fù)極的回路。這就是電池的基本工作原理。
負(fù)極材料其實(shí)是我們很常見的石墨。由于石墨天然具有很多孔洞，并且導(dǎo)電性好，其能夠抓住電子的容量要大大超過正極材料。所以對于鋰電池來說，主要的瓶頸卡在正極材料上。這也是各大電池公司為了提高鋰電池的帶電量（能量密度），不斷的在對正極材料性能進(jìn)行改進(jìn)的原因。我們常說的三元鋰和磷酸鐵鋰，指的都是正極材料。
▲被封裝好的電芯（圓柱形）
在傳統(tǒng)的鉛酸電池領(lǐng)域，電解液采用的是成本極低的稀硫酸。這也是為什么我們有時在更換汽車電瓶時，一個新電瓶在首次使用的時候需要往里面加注一次液體，這個液體就是電解液。由于稀硫酸的主要成分是水，水在酸性粒子的作用下會產(chǎn)生導(dǎo)電性，所以可以在電池內(nèi)部行成電流回路。但由于水的導(dǎo)電性差，傳統(tǒng)鉛酸電池的電壓只有不到2伏，而我們使用的鋰電池，單個電芯的電壓可以達(dá)到3-4伏，所以需要用鋰鹽來替代傳統(tǒng)的水基電解液。
隔膜的作用是用來阻斷電子，讓電子沿著外電路路徑流動，但離子可以通過隔膜，這樣既能行成回路，又不會讓正負(fù)極短路。
■ 鋰電池的充放電原理
鋰電池之所以能夠充放電，其本質(zhì)是在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在放電時把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過程。簡單說就是，充電時鋰離子從正極材料通過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料中；放電時鋰離子從負(fù)極材料經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中，而電子則通過外電路，形成電流。對于鋰離子電池而言，正極材料的性能至關(guān)重要，它必須具備良好的導(dǎo)電性能、與電解質(zhì)有良好的相容性以及出色的穩(wěn)定性。
