關(guān)于鋰離子電池組不一致性及改進(jìn)舉措
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-06 10:54
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不一致性
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)的差異，將直接導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中輸出電參數(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 =>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。
下圖分別為一組10Ah磷酸鐵鋰單體電池經(jīng)分容后的開(kāi)路電壓和內(nèi)阻的統(tǒng)計(jì)分析和同批次2Ah電池容量分布，從圖中可以看出電池的開(kāi)路電壓，內(nèi)阻，容量的1σ，2σ，3σ分布規(guī)律較為接近正態(tài)分布的分布法則。
淺談鋰離子電池組不一致性及改進(jìn)舉措
改進(jìn)舉措
1）生產(chǎn)過(guò)程措施 電池企業(yè)
控制好各種原材料的一致性；
漿料的流變性監(jiān)測(cè)，不長(zhǎng)時(shí)間擱置漿料，保證漿料在涂布時(shí)流變性是相同的；
涂布參數(shù)監(jiān)控，尤其是磷酸鐵鋰漿料，由于磷酸鐵鋰顆粒較細(xì)，漿料的加工性能差，在涂布時(shí)應(yīng)注意減慢涂布機(jī)走速；
漿料黏度的合理檢測(cè)；
對(duì)極片的外觀檢查；
剔除有瑕疵的極片；
極片稱重；
注液前后電池質(zhì)量差比較；
化成溫度；
濕度控制；
制定各種原材料的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)、儲(chǔ)存；
生產(chǎn)工藝的一致性調(diào)控；
對(duì)生產(chǎn)工藝的一致性進(jìn)行精細(xì)調(diào)控；
工藝過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）；
確保每個(gè)工藝在規(guī)定的公差范圍內(nèi)；
確保過(guò)程能力指數(shù)，使其遵循正常的生產(chǎn)參數(shù)分布規(guī)律。 2）配組過(guò)程的措施
保證電池組采用統(tǒng)一規(guī)格、型號(hào)的電池，保證電池出廠質(zhì)量尤其是初始電壓的一致性，篩選條件：
電壓；
內(nèi)阻；
電池化成數(shù)據(jù)；
一致性評(píng)價(jià)方法有很多，目前最常使用的是極差系數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法和閾值法。
很多電池廠家進(jìn)行配組鋰離子電池（電池性能一致性不高，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便）的一般選配條件為：
電池容量差：≤3%；
內(nèi)阻差≤5%；
自放電率差≤5%；
平均放電電壓差≤5%。
所謂聚類(lèi)分析，利用設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)由各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)構(gòu)成電池充放電曲線的形狀、距離、面積來(lái)進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，從而判定電池的一致性。
在容量或電壓閾值的基礎(chǔ)上，對(duì)充放電曲線形狀，曲線間的距離，曲線圍取面積等進(jìn)行計(jì)算，選取能體現(xiàn)曲線一致的參數(shù)進(jìn)行判定。
選配充放電過(guò)程中曲線較接近，相對(duì)距離較小，曲線圍取的面積較小，組間差異較小的電芯進(jìn)行配組，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的一致配組。
