鋰電芯的一致性對于電動汽車電池重要嗎
來源：寶鄂實業(yè)
2019-09-11 20:12
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通過對一個10串10并電池組的模擬，我們闡明了電池組內(nèi)的溫度分布對其性能與循環(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。
在電池組熱管理方面，我們提出了一種對并行式空冷電池組內(nèi)部的流場與溫度場進(jìn)行快捷估算的方法。該方法由流動阻力網(wǎng)絡(luò)模型和暫態(tài)傳熱模型組成，避免了計算流體動力學(xué)方法用于模擬大型電池組時計算量過大的問題，同時保證了很高的估算精度。利用這一方法，我們考察了不均勻的流場對電池組內(nèi)溫度均勻性的影響，并以提高溫度均勻性為目標(biāo)，對空冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了討論，給出了一個可行的參數(shù)配置方案。
由于同一類型、規(guī)格的電池在電壓、內(nèi)阻、容量等方面的參數(shù)值存在差別，使其在電動汽車上使用時，性能指標(biāo)往往達(dá)不到單體電池的原有水平，嚴(yán)重影響其在電動汽車上的應(yīng)用。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)阻及其隨時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率。
單體電池在制造出來后，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程中連續(xù)的充放電循環(huán)而累計，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)電池組過早失效。
不一致性原因從時間順序劃分，電池組中單體電池的不一致性主要體現(xiàn)在兩方面：制造過程中工藝上的問題和材質(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；裝車使用時，電池組中各個電池的電解液密度、溫度和通風(fēng)條件、自放電程度及充放電過程等差別的影響。
同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)阻和自放電的差異性原因分析
針對這些不一致產(chǎn)生的原因，是否可以通過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)工藝的問題，也有人認(rèn)為是配組過程的問題，通過SPC等過程控制措施就可以完全消除電池的不一致。
但是實踐證明，即使嚴(yán)格控制配料、活漿、涂布、裁剪、輥壓等工藝過程，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。電池充放電過程的電壓值是該電池?zé)崃W(xué)和動力學(xué)狀態(tài)的綜合反映，既受電池生產(chǎn)過程中各工序工藝條件的影響，又受電池充放電過程中電流、溫度、時間和使用過程中偶然因素的影響因而電池組內(nèi)各個電池的電壓值不可能完全一樣。
