鋰電池不一致性對(duì)PACK的危害以及應(yīng)對(duì)措施

2023-08-18 10:57:13蘇州正和鋁業(yè)有限公司41

鋰電池能量密度高，出于安全考慮一般體積不會(huì)設(shè)計(jì)太大，而是若干單體電芯通過(guò)導(dǎo)電連接件串并聯(lián)成一個(gè)電源，形成鋰動(dòng)力電池模組，為新能源汽車提供動(dòng)力來(lái)源，然而這需要面對(duì)一致性問(wèn)題。

鋰電池參數(shù)的不一致通常包括容量、內(nèi)阻、開(kāi)路電壓的不一致，電芯性能的不一致，在生產(chǎn)過(guò)程中形成，在使用過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步加重，同一電池組內(nèi)的電芯，弱者恒弱，且加速變?nèi)?，并且單體電芯之間參數(shù)的離散程度，隨著老化程度的加深而變大。下文將介紹不一致的電芯串并在一起使用，會(huì)給動(dòng)力電池PACK帶來(lái)哪些危害以及該如何應(yīng)對(duì)不一致問(wèn)題！

一、鋰電池不一致帶來(lái)的危害

容量損失

電芯單體組成電池組，容量大小符合“木桶原理”，較差的那顆電芯的容量決定整個(gè)電池組的能力。為防止電池過(guò)充過(guò)放，電池管理系統(tǒng)會(huì)在放電時(shí)：當(dāng)?shù)偷膯误w電壓達(dá)到放電截止電壓時(shí)，整個(gè)電池組停止放電；在充電時(shí)：當(dāng)高單體電壓觸及充電截止電壓時(shí)，停止充電。并且將容量較小的電芯與容量較大的電芯串聯(lián)使用時(shí)，容量小的電芯將始終在滿充滿放，容量大的電芯卻一直使用部分容量，從而導(dǎo)致整個(gè)電池組的容量總有一部分處于閑置狀態(tài)。

壽命損失

同樣地，電池組的壽命，也取決于壽命較短的那顆電芯。很可能壽命較短的電芯，就是那顆容量小的電芯。小容量電芯，由于每次都是滿充滿放，因此很大可能先到達(dá)壽命的終點(diǎn)。當(dāng)焊接為一組的某個(gè)電芯壽命終結(jié)，一起的電芯也就跟著壽終正寢。

內(nèi)阻增大

當(dāng)相同的電流流過(guò)不同內(nèi)阻的電芯時(shí)，內(nèi)阻大的電芯發(fā)熱量相對(duì)較多。這會(huì)導(dǎo)致電池溫度過(guò)高，從而加快劣化速度并進(jìn)一步升高內(nèi)阻。內(nèi)阻與溫升之間形成一對(duì)負(fù)反饋，使高內(nèi)阻電芯加速劣化。

上述三個(gè)參數(shù)并不完全分開(kāi)，老化程度深的電芯內(nèi)阻比較大，容量衰減也更多。雖然這些參數(shù)相互影響，但分開(kāi)說(shuō)明它們各自的影響方向，有助于更好地理解電芯不一致性的危害。

二、如何應(yīng)對(duì)不一致性

熱管理

針對(duì)內(nèi)阻不一致的電芯產(chǎn)生熱量不同的問(wèn)題，可以通過(guò)熱管理系統(tǒng)的加入，調(diào)節(jié)整個(gè)電池組的溫差，使溫差保持在較小的范圍內(nèi)。這樣即使生成熱量較多的電芯依然溫升偏高，但不會(huì)與其他電芯拉開(kāi)差距，劣化水平就不會(huì)出現(xiàn)明顯的差距。

分選

分選的目的是通過(guò)挑選將不同參數(shù)與批次的電芯分開(kāi)使用，即使是相同批次的電芯，也需經(jīng)過(guò)篩選，把參數(shù)相對(duì)集中的電芯放在一個(gè)電池組、電池Pack里。分選方法包括靜態(tài)分選和動(dòng)態(tài)分選兩大類。

靜態(tài)分選針對(duì)電芯的開(kāi)路電壓、內(nèi)阻和容量等特性參數(shù)進(jìn)行篩選，選取目標(biāo)參數(shù)，引入統(tǒng)計(jì)算法，設(shè)定篩選標(biāo)準(zhǔn)，然后將同一批次的電芯區(qū)分成若干組；

動(dòng)態(tài)篩選則是針對(duì)電芯在充放電過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性進(jìn)行篩選。

動(dòng)靜結(jié)合分選，用靜態(tài)篩選做初步分組，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)篩選，這樣劃分出來(lái)的組別更多，篩選準(zhǔn)確性更高，但成本也會(huì)相應(yīng)上升。

均衡

由于電芯單體的不一致，某些電芯端電壓會(huì)超前于其他電芯，早到達(dá)控制閾值，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)容量變小。電池管理系統(tǒng)BMS的均衡功能，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)某一顆電芯率先到達(dá)充電截止電壓，而其余眾電芯電壓明顯滯后時(shí)，BMS會(huì)啟動(dòng)充電均衡功能，或者接入電阻，放掉高電壓電芯的部分電量，或者把能量轉(zhuǎn)移走，放到低電壓電芯上去。以此解除充電截止條件，充電過(guò)程重新開(kāi)始，電池包便能充入更多電量。