電池的容量、內(nèi)阻和自放電的差異性原因分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-04 22:49
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鋰離子電池目前在新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域中大規(guī)模應(yīng)用情況在逐年增加，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(yùn)行，但對(duì)于提升電池的一致性水平仍然是大規(guī)模使用鋰電池的重要技術(shù)影響因素。
通過(guò)對(duì)一個(gè)10串10并電池組的模擬，闡明了電池組內(nèi)的溫度分布對(duì)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(huì)導(dǎo)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。
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(biāo)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(yùn)行中輸出電參數(shù)的差異。
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(hào)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(shí)間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時(shí)間變化率。
單體電池在制造出來(lái)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(guò)程中連續(xù)的充放電循環(huán)而累計(jì)，導(dǎo)致各單體電池狀態(tài)（SOC、電壓等）產(chǎn)生更大的差異；電池組內(nèi)的使用環(huán)境對(duì)于各單體電池也不盡相同。這就導(dǎo)致了單體電池的不一致度在使用過(guò)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(guò)早失效。
不一致性原因從時(shí)間順序劃分，電池組中單體電池的不一致性主要體現(xiàn)在兩方面：制造過(guò)程中工藝上的問(wèn)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，從而產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性；裝車(chē)使用時(shí)，電池組中各個(gè)電池的電解液密度、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。
同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻和自放電的差異性原因分析
針對(duì)這些不一致產(chǎn)生的原因，是否可以通過(guò)某些措施完全消除電池組內(nèi)的不一致：很多人認(rèn)為電池不一致是生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，也有人認(rèn)為是配組過(guò)程的問(wèn)題，通過(guò)SPC等過(guò)程控制措施就可以完全消除電池的不一致。但是實(shí)踐證明，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,而不能消除不一致性。若影響某一隨機(jī)變量的隨機(jī)因素很多，且其中每個(gè)因素的影響?yīng)氉远疾荒芷饹Q定性作用，這些因素的影響又可疊加，則該隨機(jī)變量服從正態(tài)分布，特性的參數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)差σ和均值μ。電池充放電過(guò)程的電壓值是該電池?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的綜合反映，既受電池生產(chǎn)過(guò)程中各工序工藝條件的影響，又受電池充放電過(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電池組內(nèi)各個(gè)電池的電壓值不可能完全一樣。
通過(guò)對(duì)一個(gè)10串10并電池組的模擬，闡明了電池組內(nèi)的溫度分布對(duì)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(huì)導(dǎo)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。
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(biāo)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(yùn)行中輸出電參數(shù)的差異。
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(hào)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(shí)間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時(shí)間變化率。
單體電池在制造出來(lái)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(guò)程中連續(xù)的充放電循環(huán)而累計(jì)，導(dǎo)致各單體電池狀態(tài)（SOC、電壓等）產(chǎn)生更大的差異；電池組內(nèi)的使用環(huán)境對(duì)于各單體電池也不盡相同。這就導(dǎo)致了單體電池的不一致度在使用過(guò)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(guò)早失效。
不一致性原因從時(shí)間順序劃分，電池組中單體電池的不一致性主要體現(xiàn)在兩方面：制造過(guò)程中工藝上的問(wèn)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，從而產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性；裝車(chē)使用時(shí)，電池組中各個(gè)電池的電解液密度、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。
同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻和自放電的差異性原因分析
針對(duì)這些不一致產(chǎn)生的原因，是否可以通過(guò)某些措施完全消除電池組內(nèi)的不一致：很多人認(rèn)為電池不一致是生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，也有人認(rèn)為是配組過(guò)程的問(wèn)題，通過(guò)SPC等過(guò)程控制措施就可以完全消除電池的不一致。但是實(shí)踐證明，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,而不能消除不一致性。若影響某一隨機(jī)變量的隨機(jī)因素很多，且其中每個(gè)因素的影響?yīng)氉远疾荒芷饹Q定性作用，這些因素的影響又可疊加，則該隨機(jī)變量服從正態(tài)分布，特性的參數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)差σ和均值μ。電池充放電過(guò)程的電壓值是該電池?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的綜合反映，既受電池生產(chǎn)過(guò)程中各工序工藝條件的影響，又受電池充放電過(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電池組內(nèi)各個(gè)電池的電壓值不可能完全一樣。
