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动力电池不一致是必然的

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发表于 2019-3-13 14:32:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
    动力电池组在使用过程中一定会表现出不一致性,而这种不一致性也一定会影响动力电池的续航能力和安全性能,即使通过各种手段来进行出厂控制,依然改变不了动力电池组在使用过程中表现出不一致性,这是必然的。
    有的人说了,我用一批电芯,经过高精度的分选设备,严格控制容量、电压、内阻,甚至充放电曲线、自放电,并且在使用过程中彼此之间分毫不差,那么是不是就能避免不一致性的出现呢?答案是:不能!
    现实是:每只电芯从生产开始就是不同的,使用过程中它们还会变得更加不同。
    这是什么原因造成的呢?
    首先,制造过程的原因:电芯单体制造过程即存在不一致性,锂电池单体,主要的结构包括正极,正极集流体,负极,负极集流体,隔膜和电解液。这么多的部件,任何一点点的差异都会导致单体电芯不一致,由于基础工业水平决定的材料精度的不稳定性、电池生产的温度条件细微变化、无尘条件的不稳定性、工艺过程尤其是涂布工艺的不稳定性,带来了最终产品性能的不一致,任何一点小小的差异都会导致单体电芯不一致的,这就如同双胞胎一样,一定会存在差异的!即使分选的的参数非常一致,但分选手段是无法体现未来使用一段时间以后电芯的状态,更何况目前分选设备的综合水平也不是没有误差的,这小小的误差就是最终导致不同电芯走向不同极端的开始。
    电芯单体经过焊接、夹持,串并联,连接在一起,形成模组。加工过程中的工艺不一致,必然会导致模组与模组之间的不一致。焊接工艺的不一致,极容易造成焊接电阻的差异。电芯内阻的数量级是几或者十几毫欧,焊接产生电阻的轻微不一致,都必然造成模组的不一致。还有模组内部、模组之间的连接铜排或者高压导线,其自身尺寸、连接方式和表面处理情况,也会对模组的一致性造成影响。采用螺钉连接、压接还是焊接,不论哪种方式,都不可能改变不一致性的结论。
    其次,使用过程的原因:电芯在使用过程中也会发生不一致,单体在整个电池包中的位置不相同,被包裹在模组中心的单体与模组最外层的单体,散热条件差异巨大;与模组集流铜排的相对位置也带来单体热环境的不一致性。铜排是热的良导体,散热能力高于电芯单体。电芯相对于集流铜排的位置不同就会造成彼此间散热条件的不同。而在工作过程中,温度的不一致会对电芯的不一致性产生最为显著的影响,使得电芯从不一致走向更大的不一致。不同的热环境叠加在一起,导致单体的工作温度条件存在差异。高温工作造成电芯劣化,劣化后的内阻上升,又会返回来提高电芯温升。热环境的不同,是这个负反馈的开端。
    而模组制造过程中造成的内阻不一致,在使用时会体现在发热量的不一致和电芯端电压采集结果的影响不一致上,阻值不均匀造成发热不均匀。我们再来看看电池管理系统的情况,电池管理系统采集每一节电池的端电压(这里的一节电池可以是若干只单体电芯并联组成)。理论上,并联在一起的电芯,测量任何一只电芯两端,电压相同,可实际中并非如此,电压采集方式是把电压测量回路的两个采样点焊接或者用螺钉连接到电芯的两端,如果遇到模组与模组之间过长的导线连接,则需要在导线的两端都连接电压采集点,导线长度对电压采集结果会造成影响,可想而知,一个焊点或者螺钉连接效果的不一致,必然会带来电压采集结果的不一致。这是由于,一个电芯的等效电路可以简化成一只理论电压源和一个电阻串联的电学模型。当回路中有工作电流流动,管理系统测量到的电压,并非等于电池的开路电压。放电过程,测量值是电压源电势与内阻端电压的差;充电过程,测量值是电压源电势与内阻端电压的和。
还有电池包不同的装备位置,使得环境温度对内部模组一致性影响不同。有的把电池包安置在车辆后备箱处,距离地面比较远;有的安置在底盘下,是车辆位置最低的部件,距离地面非常近;有的电池包位置距离发动机很近。距离外部环境,距离热源条件不同,都会带来电池包内不同位置模组温度条件的差异。
    我们就更不用说连接方式,焊接的连接点,如果表面处理没有做好,出现了氧化腐蚀,其电阻自然会增大。而没有锈蚀的焊点,电阻会与锈蚀的焊点不同,焊点内阻与电芯内阻的相对影响也发生了变化。如果采用螺钉连接,即使是选用防松螺钉,但在实际的操作中,也不可避免地由于松紧度的关系,螺钉表面处理的好坏,都会造成实际的差异。
    第三,电芯静置时的原因:电芯在静置过程中也会发生不一致,比如是停车状态,车上的所有电力全部断掉,包括电池包的热管理系统(如果电池包本来具备热管理系统的话),电池包处于自然温度场中。产生影响的,还是电芯的相对位置,造成热环境不同。每颗电芯与电池包壳体距离不同,受到外界温度变化的影响程度就会存在差异。在达到热平衡之前,不同电芯的温度条件都是不同的。还有电池自放电的影响,由于生产过程的差异,每个电芯的自放电是不同的,目前的控制手段都是很粗放地控制自放电这个参数,根本不可能保证电池自放电的一致性,自然就会导致电芯性能参数的变化趋势也存在区别。
    综上所述,动力电池的不一致性是必然的,我们上面提到的这些问题,在生产工艺、BMS控制系统中需要怎样的努力才能消除电池不一致性呢?我想需要投入的成本是无比巨大的!
    事实证明,动力电池的不一致性是缓慢发生到不可容忍的,除了特别恶劣的生产工艺外,一般要使用几个月才可能无法容忍,我认为可以允许动力电池存在不一致性,但是要介入控制,就是在动力电池的不一致性还可以容忍的情况下,对它进行维护和均衡,改变其不一致性,问题不就迎刃而解了吗?实际的投入很少,但是起到的效果却十分明显。我们就一直在致力于这方面的研究,如果有需要您也可以和我聊聊!

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发表于 3 天前 | 显示全部楼层
动力电池的不一致性是缓慢发生到不可容忍的

理论上如此,实际上也是如此。所以要用电源管理系统来帮忙。
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发表于 前天 19:02 | 显示全部楼层
学习学习,谢谢分享
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