浅析锂动力电池电芯/模组的一致性

摘要：本文在简介了锂动力电池的一致性的根本上，重点论述了锂动力电池电芯在其生命周期内的主要特性参数的一致性，分析造成锂动力电池电芯及模组参数纷歧致的原因。

关键词：电芯 、模组、一致性

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锂动力电池电芯/模组的一致性

锂动力电池电芯的一致性是指锂动力电池电芯早期容量、内阻、电极的电气特性、电气毗连、温度特性、衰变速度等性能指标的一致性。以上参数的纷歧致，将直接影响运行中的锂动力电池模组输出电参数的差别。

锂动力电池模组的一致性是指由同一规格型号的锂动力电池电芯组成锂动力电池模组后，其电压、荷电量、容量、衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率的一致性。

锂动力电池今朝在新能源汽车、智能电网等范畴的应用在逐年增加，由于同一类型、规格的锂动力电池模组内的各单体电芯在电压、内阻、容量等方面的参数值存在不同，在组成锂动力电池模组并安装在电动汽车上使用时，性能指标往往达不到锂动力电池电芯的原有水平。

一致性影响电池性能和寿命

锂动力电池电芯参数的纷歧致性，是影响锂动力电池模组性能发挥和使用寿命的关键因素，虽然热治理水平的提升，在某种水平上保证了锂动力电池模组的平安运行，但锂动力电池电芯和模组参数的一致性水平，还是影响锂动力电池使用寿命的重要因素。

锂动力电池电芯在使用中多为串并联方式，由于锂动力电池电芯从原材料到生产出制品，锂动力电池电芯要履历很多工艺进程。由于影响产物性能的因素很多，尤其是一些难以控制的偶然性因素的存在，因而批量生产的锂动力电池电芯的性能不成能做到完全一致。实践表白，锂动力电池电芯性能的一致性对锂动力电池模组的使用寿命影响很大，因而锂动力电池模组对锂动力电池电芯的一致性提出了越来越高的要求。

锂动力电池电芯在工场生产、检验及格出厂，其各单体电芯之间是存在一定性能差别。锂动力电池电芯初始的纷歧致性随着锂动力电池电芯在使用进程中持续的充放电循环，将致使锂动力电池电芯状态（SOC、电压等）发生更大的差别。锂动力电池模组的使用情况对于各锂动力电池电芯也不尽相同，这就致使了锂动力电池电芯的纷歧致性在使用进程中逐步放大，从而在某些情况下使某些锂动力电池电芯性能加速衰减，并终极引发锂动力电池模组过早失效。

1）锂动力电池电芯并联情况。放电能力低的1#锂动力电池电芯与其他正常的2#、3#、4#锂动力电池电芯并联组成一个锂动力电池模组，在锂动力电池模组放电时，每个锂动力电池电芯都需要提供相同的电流，若需要锂动力电池模组放电20A。均匀每个锂动力电池电芯放电5A。

由于1#锂动力电池电芯放电能力低，最大只能放出2A电流，则正常的2#、3#、4#锂动力电池电芯需要放出6A。正常的2#、3#、4#锂动力电池电芯在持久超负荷的情况下，其老化速率将加速，终极使锂动力电池模组整体的最大放电能力无法到达设计最大能力。

2）锂动力电池电芯串联情况。若锂动力电池模组是由一只容量为C的锂动力电池电芯和一只容量只有0.9C的锂动力电池电芯串联组成，反应到SOC与开路电压的曲线上，同一SOC对应的开路电压，0.9C的锂动力电池电芯端电压偏高。由于串联的关系，两只锂动力电池电芯通过同样巨细的电流，整个锂动力电池模组在充电时，0.9C的锂动力电池电芯最先到达充电截止电压，致使锂动力电池模组停止充电，致使容量为C的锂电锂电池单体电芯没有布满电。

在放电时，容量为0.9C的锂动力电池电芯先放光全部可用能量，致使锂动力电池模组停止放电。这样，0.9C的锂动力电池电芯始终处于满布满放状态，而容量为C的锂动力电池电芯却一直使用部分容量和处于未布满电状态，终极致使锂动力电池模组整体的最大放电能力无法到达设计最大能力。

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锂动力电池电芯一致性

锂动力电池电芯的一致性是锂动力电池的一个重要特征参数，可是一个相对概念。同一锂动力电池模组内的多个锂动力电池电芯的每一个特征参数，最好全部处在一个较小的范围内，即标准的要求范围内，可称为锂动力电池电芯的一致性好。锂动力电池电芯在其生命周期内主要的一致性特性参数有：

1）容量一致性。依照今朝锂动力电池电芯的寿命权衡标准，锂动力电池电芯可用容量和寿命慎密联系在一起。锂动力电池电芯容量作为锂动力电池电芯分组初选的重要参数，是锂动力电池电芯纷歧致最重要的参数之一。造成锂动力电池电芯容量纷歧致的原因很多，而且大都都是制造进程的原因。由锂动力电池电芯组成的锂动力电池模组，其容量合适“木桶原理”，即最差的那只锂动力电池电芯的容量决议整个锂动力电池模组的充放电能力及寿命。

动力电池同样遵循“木桶原理”

2）电压一致性。锂动力电池电芯在化成后，履历同样的充放电进程，并静置足够时间，在同样的情况温度下，当锂动力电池电芯充电到相同SOC，丈量其开路电压，此时体现出来的电压差，就是锂动力电池电芯的电压纷歧致性。

在锂动力电池充放电进程中，电压值是该锂动力电池热力学和动力学状态的综合反应，既受锂动力电池生产进程中各工序工艺条件的影响，又受锂动力电池充放电进程中电流、温度、时间和使用进程中偶然因素的影响，因而锂动力电池模组内各个锂动力电池电芯的电压值不成能完全一样。锂动力电池电芯的开路电压合适正态散布，就是说，所有进步一致性的尽力，只能改变参数的集中度。

3）内阻一致性。锂动力电池电芯的内阻是其功率特性的重要表征，也是锂动力电池电芯成组后电芯性能参数进一步离散化的原因之一。锂动力电池电芯的内阻纷歧致可以造成温升纷歧致，是引发其他参数进一步离散化的原因。分歧内阻的锂动力电池电芯，在流过相同的电流时，内阻大的锂动力电池电芯发热量相对照力多。锂动力电池电芯温升高，造成锂动力电池电芯的劣化速度加速，致使内阻进一步升高，形成一负反馈，使高内阻的锂动力电池电芯加速劣化。

4）寿命一致性，锂动力电池电芯寿命一致性的别的一层寄义是锂动力电池失效时间一致，有研究表白，并纷歧定是容量最小的锂动力电池电芯或者工作条件最恶略的锂动力电池电芯最先到达寿命的终点。每只锂动力电池电芯从出厂起头，其抗衰老的能力是存在差别。锂动力电池模组的寿命是由寿命最短的那只锂动力电池电芯决议的，在锂动力电池模组中，容量小的锂动力电池电芯每次都是满布满放，致使最先到达寿命的终点，对于锂动力电池模组，一只锂动力电池电芯寿命终结，锂动力电池模组也就随着寿终正寝。

5）温度特性一致性。锂动力电池电芯除了直接影响发热的内阻因素外，其内部电化学物质制造进程中形成的纷歧致，对发热量也会发生影响。每只锂动力电池电芯在锂动力电池模组中所处位置分歧，造成其散热条件的差别，终极也会致使锂动力电池电芯温升纷歧致。

锂动力电池模组内的温度散布对其性能与循环寿命是有影响的，均匀温度越低，温度不均匀水平越高，锂动力电池模组内的锂动力电池电芯放电深度的纷歧致性越高。均匀温度越高，温度不均匀水平越高，锂动力电池模组的循环寿命越短。值得留意的是，不均匀的温度散布会致使并联支路间电流分派不均，从而恶化锂动力电池电芯老化速率的一致性。

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致使锂动力电池电芯及模组参数纷歧致的因素

（1）致使锂动力电池电芯参数纷歧致的因素

锂动力电池电芯参数纷歧致是一个不竭积累的进程，时间越长各锂动力电池电芯之间参数发生的差别越大。其原因是在锂动力电池模组的使用进程中受到使用情况因素的影响，致使锂动力电池电芯参数的纷歧致被逐渐放大，从而致使某些锂动力电池电芯性能加速衰减，终极致使锂动力电池模组寿命终结。影响锂动力电池电芯参数纷歧致的因素有：

1）锂动力电池电芯在制造进程中，由于制造工艺生产水平、材料精度、纯度的不稳定性，致使终极产物性能参数的纷歧致。使用分歧批次的正极、负极和电解液生产的锂动力电池电芯，一般是不能混用的。即使在分选进程中锂动力电池电芯的参数很是一致，也不能保证在未来使用一段时间以后锂动力电池电芯的状态，因而当前的处置方式是避免采用分歧批次的正极、负极和电解液生产的锂动力电池电芯夹杂使用。

一致性受生产工序等多方影响

2）锂动力电池电芯生产工艺比力复杂，在整个生产进程中，每一工序的一致性都很是重要，但最难保障一致性的是涂布工艺进程，涂层厚度和均匀性以及材料活性都不是机械手段易于严密把控的，是造成锂动力电池电芯差别的主要工序。在制造工序中发生的差别，只能在分选工序中极力填补。在锂动力电池电芯生产进程中，即使严格控制配料、活浆、涂布、裁剪、辊压等工艺进程，只是缩小批量产物之间的标准差,但不能消除纷歧致性。

（2）致使锂动力电池电模组参数纷歧致的因素

锂动力电池电芯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。锂动力电池电芯的性能表示的纷歧致，根源终极都可以挖掘到这些组成部件上来。锂动力电池电芯的纷歧致性必定会传导到锂动力电池模组上，锂动力电池电芯分选的重要性会在成型后的锂动力电池模组上体现出来。

单体锂动力电池电芯经过焊接、夹持，串并联，毗连在一起组成锂动力电池模组。在今生产进程中的工艺纷歧致，必定会致使锂动力电池模组与模组之间的纷歧致，最直观的表征就是锂动力电池模组的内阻纷歧致。

1）在锂动力电池模组成组进程中，焊接工艺纷歧致极轻易造成焊接电阻的差别。锂动力电池电芯内阻的数量级是几或十几毫欧，在焊接工艺中发生焊接电阻的稍微纷歧致，对锂动力电池模组来说，都是不成接管的。

2）用于锂动力电池模组内部、模组之间毗连的铜排或者高压导线，其自身尺微暇、毗连方式和概况处置也会对锂动力电池模组的一致性造成影响，主要体现在锂动力电池模组内阻上。

3）采用分歧毗连方式（螺钉毗连、压接还是焊接，）的锂动力电池模组，在使用中对锂动力电池模组一致性的影响也是分歧的。除了斟酌加工的工艺性，还要斟酌毗连电阻的影响。采用焊接的毗连点，假如概况处置没有做好，出现了氧化腐蚀，其电阻自然会增大。而没有锈蚀的焊点，电阻会与有锈蚀的焊点分歧。

（3）致使锂动力电池电模组投入使用影响参数纷歧致的因素

在锂动力电池模组投入使用后，锂动力电池模组中各个单体锂动力电池电芯参数受电解液密度、温度和透风条件、自放电水平及充放电进程等差此外影响。因锂动力电池电芯在锂动力电池模组内的位置不尽相同，被包裹在锂动力电池模组中心的锂动力电池单体电芯与身处锂动力电池模组最外层的单体锂动力电池电芯，散热条件差别很大。在到达热平衡之前，分歧单体锂动力电池电芯的温度条件都是分歧的。

1）若锂动力电池包安装在分歧的位置，因其情况温度分歧对锂动力电池模组一致性的影响也分歧。由于间隔外部情况、间隔热源条件分歧，城市致使锂动力电池包内分歧位置锂动力电池模组温度条件的差别。

2）锂动力电池电芯相对于集流铜排的位置分歧，将会造成彼其间散热条件的分歧，致使锂动力电池电芯热情况温度的纷歧致性。

在锂动力电池模组工作进程中，温度的纷歧致会对锂动力电池电芯参数的一致性发生明显的影响。分歧的热情况叠加在一起，致使锂动力电池电芯的工作情况温度存在差别。持久工作在高温情况的锂动力电池电芯将逐步劣化，劣化致使锂动力电池电芯的内阻将上升，锂动力电池电芯内阻的上升使锂动力电池电芯温度进一步升高，使锂动力电池电芯进入恶性循环。