動(dòng)力鋰離子電池配組方案綜述

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1、單節(jié)鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的電源時(shí)，由于功率大、容量大的要求，不能滿足要求，因此需要將鋰離子電池進(jìn)行串并聯(lián)組合。

2、然而，單體電池之間的不一致性往往會(huì)導(dǎo)致電池組在循環(huán)過程中出現(xiàn)容量衰減快、壽命短等問題。

3、盡可能選擇性能一致的電池進(jìn)行分組，對(duì)鋰離子電池在動(dòng)力電池中的推廣應(yīng)用具有重要意義。

4、一、不一致性分析1.1不一致性的定義鋰離子電池組的不一致性是指電壓、容量、內(nèi)阻、使用壽命、溫度影響、自放電率等參數(shù)存在一定差異。相同規(guī)格型號(hào)的單體電池組成電池組后。

5、單體電池制造完成后，其初始性能存在一些差異。

6、隨著電池的使用，這些性能差異越來越大。同時(shí)，由于電池組中單個(gè)電池的使用環(huán)境不同，導(dǎo)致單個(gè)電池的不一致性逐漸放大，加速了電池的性能衰減，最終導(dǎo)致電池組過早失效。

7、1.2不一致性的表現(xiàn)鋰離子電池的不一致性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：電池單體性能參數(shù)(電池容量、內(nèi)阻和自放電率等)的差異。)和電池充電狀態(tài)(SOC)的差異。

8、戴海峰等人發(fā)現(xiàn)，電池單體間容量的差異分布接近Will分布，而內(nèi)阻的分散度比容量的分散度更顯著。此外，同批次電池內(nèi)阻一般符合正態(tài)分布規(guī)律，自放電率也呈現(xiàn)近似正態(tài)分布。

9、SOC代表電池的充電狀態(tài)，是電池剩余容量與額定容量的比值。據(jù)解靜介紹，由于電池的不一致性，導(dǎo)致電池的容量衰減率不同，導(dǎo)致電池之間最大可用容量的差異。

10、小容量電池的SOC變化率比大容量電池快，在充放電過程中更快達(dá)到截止電壓。

11、1.3不一致的原因鋰離子電池不一致的原因有很多，主要是在制造過程和使用過程中產(chǎn)生的。

12、制造過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，如配料過程中漿料的均勻性、涂布過程中表面密度和表面張力的控制等。會(huì)造成單體電池的性能差異。

13、羅宇等研究了鋰離子電池生產(chǎn)工藝對(duì)電池一致性的影響，重點(diǎn)研究了水基粘結(jié)劑體系鋰離子電池生產(chǎn)工藝對(duì)電池一致性的影響。

14、在電池的使用過程中，謝嬌等人認(rèn)為連接方式、結(jié)構(gòu)件/器件、工作條件、環(huán)境都會(huì)對(duì)電池組的一致性產(chǎn)生影響。

15、由于各連接點(diǎn)消耗的能量不一致，各部件或結(jié)構(gòu)的性能和老化速率也不一致，對(duì)電池的影響也不一致。

16、此外，由于電池中每個(gè)單體電池的位置、溫度和性能衰減不同，單體電池的不一致性會(huì)被放大。

17、2.提高電池一致性的方法2.1生產(chǎn)過程的控制生產(chǎn)過程的控制主要從原材料和生產(chǎn)過程兩個(gè)方面進(jìn)行。

18、原料方面，盡量選擇同一批次的原料，保證原料粒度和性能的一致性。

19、生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格調(diào)控整個(gè)生產(chǎn)過程，如保證漿料攪拌均勻，不要長(zhǎng)時(shí)間放置，控制涂布機(jī)速度，保證涂層厚度和均勻性，檢查極片外觀，稱重分級(jí)，控制注入量、成型、體積和儲(chǔ)存條件等。

20、通過對(duì)鋰離子電池制備工藝的研究，羅宇確定了對(duì)鋰離子電池一致性影響較大的關(guān)鍵工藝，包括配料混合、包覆、軋制、卷繞/疊片、注液和成型，并對(duì)關(guān)鍵工藝之間的關(guān)系進(jìn)行了深入的研究和分析

21、徐海濤等人通過研究發(fā)現(xiàn)，單體電池的電壓差是影響電池充放電結(jié)束時(shí)各單體電池一致性的重要因素，而單體電池的內(nèi)阻差異則造成電池充放電時(shí)各單體電池的電壓平臺(tái)差異較大。

22、王林霞等通過研究鋰離子串并聯(lián)電池組中單節(jié)電池的不一致性，分析了并聯(lián)電池組中主要影響因素DCR的影響程度和串聯(lián)電池組中主要影響因素容量的影響程度，為組合電池組提供了必要的依據(jù)。

23、陳平等人發(fā)現(xiàn)，隨著放電倍率的增加，電池的不一致性增大，達(dá)到了消除不良電池的效果。

24、2.3控制使用和維護(hù)過程，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池。

25、配組時(shí)對(duì)電池進(jìn)行一致性篩選，可保證在電池組使用初期的一致性。

26、在使用過程中對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)時(shí)觀察到使用過程中的一致性問題，但由于當(dāng)一致性差時(shí)，監(jiān)測(cè)電路會(huì)切斷充放電電路，因而性能會(huì)降低。

27、必須找到二者之間的平衡點(diǎn)。

28、也可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)極端參數(shù)電池進(jìn)行及時(shí)調(diào)整或者更換，保證電池組的不一致性不會(huì)隨時(shí)間而擴(kuò)大。

對(duì)電池進(jìn)行熱管理。

30、對(duì)電池進(jìn)行熱管理除了盡量將電池組的工作溫度保持在最優(yōu)的范 圍之內(nèi)，還要盡量保證電池之間溫度條件的一致，從而有效的保證各電池之間的性能一致性。

31、采用合理的控制策略。

在輸出功率允許的情況下，盡量減小電池放電深度，同時(shí)，避免電池的過充電，可延長(zhǎng)電池組的循環(huán)壽命。

33、加強(qiáng)對(duì)電池組的維護(hù)。

34、間隔一定時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行小電流維護(hù)性充電，還要注意清潔。

三、動(dòng)力鋰離子電池配組方法3.1 電壓配組法電壓配組法可分為靜態(tài)電壓配組法和動(dòng)態(tài)電壓配組法。

36、靜態(tài)電壓配組法又叫做空載配組法，不帶負(fù)載，只考慮電池本身，測(cè)量被篩選單體電池在靜置數(shù)十天后滿電荷狀態(tài)貯存的自放電率以及滿電荷狀態(tài)下不同貯存期內(nèi)電池的開路電壓，此方法操作最簡(jiǎn)單，但不準(zhǔn)確。

37、動(dòng)態(tài)電壓配組法考察帶負(fù)載時(shí)的電壓情況，但沒有考慮到負(fù)載變化等因素，因此也不準(zhǔn)確 。

3.2 靜態(tài)容量配組法在設(shè)定的條件下對(duì)電池進(jìn)行充放電，由放電電流和放電時(shí)間來計(jì)算容量，按容量大小對(duì)電池進(jìn)行配組。

39、這種方法簡(jiǎn)便易行，但它只能反映電池在特定條件容量相同，不能說明電池的完整工作特性，有一定的局限性。

3.3 內(nèi)阻配組法主要考慮單體電池的內(nèi)阻，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量，但是因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻會(huì)隨放電過程的進(jìn)行而改變，要進(jìn)行內(nèi)阻的準(zhǔn)確測(cè)定有一定的難度。

3.4 多參數(shù)配組法同時(shí)考慮容量、內(nèi)阻、電壓、自放電率等多個(gè)外部條件對(duì)電池綜合評(píng)定，可以分選出一致性較好的電池組。

42、但這種方法的前提是單參數(shù)分選時(shí)要準(zhǔn)確，同時(shí)耗時(shí)過長(zhǎng)。

3.5 動(dòng)態(tài)特性配組法動(dòng)態(tài)特性配組法是利用電池的充放電特性曲線來分選電池進(jìn)行配組。

44、充放電曲線能夠體現(xiàn)電池的大部分特性，利用動(dòng)態(tài)特性配組法能夠保證電池各種性能指標(biāo)的一致性。

動(dòng)態(tài)特性配組法數(shù)據(jù)多，通常采用計(jì)算機(jī)程序配合實(shí)現(xiàn)。

46、此外，這種方法電池的配組利用率降低，不利于電池組成本的降低。

47、標(biāo)準(zhǔn)曲線或基準(zhǔn)曲線的確定也是其實(shí)施過程中的難點(diǎn)。

四、結(jié)論

（1）引起電池不一致性的原因主要在電池的制造和使用兩方面。

（2）提高電池一致性的措施主要有以下三方面：從原材料和生產(chǎn)工藝兩方面對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行的嚴(yán)格控制；采用更科學(xué)的分選辦法，盡可能選擇初始性能一致的電池進(jìn)行配組；在電池使用和維護(hù)過程中，對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，引入均衡管理系統(tǒng)，采用合理的控制策略，對(duì)電池進(jìn)行熱管理，同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)電池組的維護(hù)。

（3） 電池配組時(shí)，單參數(shù)配組法由于考慮的因素太少，不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

52、多參數(shù)配組法和動(dòng)態(tài)特性配組法相對(duì)較全面，另外電化學(xué)抗譜法等方法也取得了一定進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：賈豐春等《動(dòng)力鋰離子電池配組方案綜述》

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