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官方商城鋰離子電池目前在新能源汽車、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，我們闡明了電池組內(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。
在電池組熱管理方面，我們提出了一種對(duì)并行式空冷電池組內(nèi)部的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)進(jìn)行快捷估算的方法。該方法由流動(dòng)阻力網(wǎng)絡(luò)模型和暫態(tài)傳熱模型組成，避免了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法用于模擬大型電池組時(shí)計(jì)算量過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)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(chǎng)對(duì)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(duì)空冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了討論，給出了一個(gè)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(dòng)汽車上使用時(shí)，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(dòng)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(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。
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。結(jié)合聚類分析，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，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。
3. 電池均衡管理 從電池管理系統(tǒng)角度，在電池組使用過(guò)程中檢測(cè)單電池參數(shù)，尤其是電動(dòng)汽車停駛或行駛過(guò)程中電壓分布情況，掌握電池組中單電池不一致性發(fā)展規(guī)律，對(duì)極端參數(shù)電池進(jìn)行及時(shí)調(diào)整或更換，以保證電池組參數(shù)不一致性不隨使用時(shí)間而增大。避免電池過(guò)充電，盡量防止電池深放電。保證電池組良好的使用環(huán)境，盡量保證恒溫，減小振動(dòng)，保證水、塵土等污染電池極柱。同時(shí)從能量的管理和策略上，引入實(shí)用性電池組能量管理和均衡系統(tǒng)，制定合理的電池均衡策略，主動(dòng)干預(yù)和降低電池的不一致性。
4. 電池?zé)峁芾黼姵厥褂眠^(guò)程中，內(nèi)阻、電池布置方式等因素的差異，會(huì)在充放電過(guò)程出現(xiàn)自身溫度和環(huán)境溫度的差異，這樣會(huì)直接導(dǎo)致其輸出性能的差異。電池?zé)峁芾碜饔檬菍㈦姵亟M的工作溫度保持在電池最優(yōu)的工作溫度范圍之內(nèi)。保證電池之間溫度條件的一致，從而確保電池使用參數(shù)的一致性。（電池在不同溫度狀態(tài)的壽命不同，溫度每升高10℃其退化速度就增加一倍）
5. 控制策略在能量管理方面，輸出功率允許的情況下，盡量減小電池放電深度。鋰離子電池在深度放電條件下的一致性變差，電池組的壽命也會(huì)減少。盡量防止電池深放電的同時(shí)，避免電池的過(guò)充電。系統(tǒng)內(nèi)具備了均衡電路后可以防止個(gè)別電池的過(guò)充電，適當(dāng)降低充電終止電壓，可延長(zhǎng)電池組的循環(huán)壽命。
6. 其他使用過(guò)程日常維護(hù)過(guò)程中，對(duì)測(cè)量中容量偏低電池進(jìn)行單獨(dú)維護(hù)性充電，使其性能恢復(fù)。間隔一定時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行小電流維護(hù)性充電，促進(jìn)電池組自身的均衡和性能恢復(fù)。使用環(huán)境方面，保證電池組良好的使用環(huán)境一致，減小振動(dòng)，避免水、塵土等污染電池極柱。此項(xiàng)內(nèi)容，一般很難運(yùn)用在車上，要用的也需要電池系統(tǒng)和整車控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
結(jié)論：提高蓄電池的一致性是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要電池的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量控制、應(yīng)用、維護(hù)等多方面共同考慮。
