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提升动力电池寿命之 模组性能一致性

提升动力电池寿命之 模组性能一致性

2020-04-26 10:24

使用一致性高的电池组成的模组,使用寿命更长,一致性不好的电池模组由于水桶效应,容易出现过充过放现象,电池寿命衰减加快。

动力电池电芯的一致性是指动力电池电芯初期容量、内阻、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等性能指标的一致性。以上参数的不一致,将直接影响运行中的动力电池模组输出电参数的差异。

动力电池电芯一致性

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,但是一个相对概念。同一动力电池模组内的多个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,可称为动力电池电芯的一致性好。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。按照目前动力电池电芯的寿命衡量标准,动力电池电芯可用容量和寿命紧密联系在一起。

造成动力电池电芯容量不一致的原因很多,并且多数都是制造过程的原因。由动力电池电芯组成的动力电池模组,其容量符合“木桶原理”,即最差的那只动力电池电芯的容量决定整个动力电池模组的充放电能力及寿命。

2)电压一致性。动力电池电芯在化成后,经历同样的充放电过程,并静置足够时间,在同样的环境温度下,当动力电池电芯充电到相同SOC,测量其开路电压,此时体现出来的电压差,就是动力电池电芯的电压不一致性。

在锂动力电池充放电过程中,电压值是该锂动力电池热力学和动力学状态的综合反映,既受锂动力电池生产过程中各工序工艺条件的影响,又受锂动力电池充放电过程中电流、温度、时间和使用过程中偶然因素的影响,因而动力电池模组内各个动力电池电芯的电压值不可能完全一样。动力电池电芯的开路电压符合正态分布,就是说,所有提高一致性的努力,只能改变参数的集中度。

3)内阻一致性。动力电池电芯的内阻是其功率特性的重要表征,也是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。动力电池电芯的内阻不一致可以造成温升不一致,是引发其他参数进一步离散化的原因。不同内阻的动力电池电芯,在流过相同的电流时,内阻大的动力电池电芯发热量相对比较多。动力电池电芯温升高,造成动力电池电芯的劣化速度加快,导致内阻进一步升高,形成负反馈,使高内阻的动力电池电芯加速劣化。

4)寿命一致性。动力电池电芯寿命一致性的另外一层含义是锂动力电池失效时间一致,有研究表明,并不一定是容量最小的动力电池电芯或者工作条件最恶略的动力电池电芯最先达到寿命的终点。每只动力电池电芯从出厂开始,其抗衰老的能力是存在差异。动力电池模组的寿命是由寿命最短的那只动力电池电芯决定的,在动力电池模组中,容量小的动力电池电芯每次都是满充满放,导致最先到达寿命的终点,对于动力电池模组,一只动力电池电芯寿命终结,动力电池模组也就跟着寿终正寝。

5)温度特性一致性。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过程中形成的不一致,对发热量也会产生影响。每只动力电池电芯在动力电池模组中所处位置不同,造成其散热条件的差异,最终也会导致动力电池电芯温升不一致。

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