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動力電池漫談-動力電池的一致性為什么那么重要

時間:2020-01-08 10:40來源:電車換電說 作者:綜合報道
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       我們現(xiàn)在所說的動力鋰電池，包含電動自行車、電動摩托車，電動三輪車和電動汽車上用于驅動車輛行駛的電池。從用戶的角度來說，對于動力電池要求無非就是，成本更低（花錢少），使用的壽命更長（用的久）和輸出的電量更多（跑得更遠）。
 
       現(xiàn)在，我們就來說說一致性對動力電池包使用壽命和輸出電量的影響。這里說的一致性影響，是指對整個電池包的影響，而不是對個別電芯的影響。一致性是存在于各個電芯，各個模組和各個工藝之中的。當然，主要的一致性差異還是在電芯與電芯之間，而這個電芯與電芯之間的一致性差異，導致的是整個電池組性能的下降。
 
       動力電池成組pack的過程，就是從電芯成組成模組，再由模組成組成pack的自下而上，從個體到整體的過程：
 
      電池、電芯、模組、電池包傻傻分不清？一文看懂動力電池結構
 
       一致性差異的積累，也是在這個過程中一步一步積累起來的。首先，是電芯之間存在的固有差異，他是由電芯在生產時產生的差異。舉個不是很貼切但是比較好理解的例子，三元電芯的正極材料由三種元素按照配比組成，鎳、鈷和錳�，F(xiàn)在三種材料已經(jīng)被處理成粉末狀，并按照5:3:2進行混合，再攪拌均勻成一種新的粉末。我們將這些粉末涂抹到導電的基材上，得到了電池正極，將這一份基材切成100份小的，每一份用于生產出一個電芯，那在其他條件相同的情況下，每一個電芯的屬性是一致的嗎？
 
       顯然是不一致的，第一，在三種材料混合攪拌過程中，無法確保攪拌均勻，可能會遇到一大塊的鎳。就像炒菜的時候，不小心吃到一坨鹽一樣，這就是沒有攪拌均勻。第二，攪拌好的混合料在往基材上涂的時候，是否能夠涂得均勻也是一個問題，就像刷油漆，很難保證均勻一致。當然以上只是舉例說明電芯生產過程中產生差異的可能性，不代表實際的生產過程。
 
       電芯的差異性是不可避免的，而上面的差異性，是屬于電芯內在的差異，是電芯本身就具有的。除了電芯本身的差異性意外，在電池包成組過程中，也會產生因pack工藝差異而導致的外部不一致因素。還是舉個例子，某公司使用電阻焊點焊電芯，由于焊針屬于消耗品，在使用過程中會不斷磨損，因此第一批焊接的電芯和再次換針前最后一批焊接的電芯就會出現(xiàn)較大的差異。
 
       在內在和外在的差異多方因素的影響下，就會出現(xiàn)1+1不等于2的情況。我們把這種影響叫做木桶效應。假設我們現(xiàn)在有一個木桶，桶的四壁是由長短不一的木塊拼起來的，
 
       而桶能裝多少水，是由最短的那個木板決定的。
 
       拿到動力電池來說，可以翻譯成，動力電池包是由成百上千個具有差異的電芯組成的，電池包能輸出的電量的多少是由最差的那一串電芯決定的。
 
       為什么有這個道理呢，讓我們再來看看動力電池里面的結構。動力電池是由一個個電芯通過串聯(lián)和并聯(lián)組成起來的，并聯(lián)電壓不變，增加容量，我們稱之為一并；串聯(lián)容量不變，增加電壓，我們稱之為一串。
 
       由于鋰電池過充和過放具有一定的危險性，嚴重的可能會導致起火和爆炸，因此在電池內部，電池管理系統(tǒng)會實時采集每一顆（其實是每一并電芯，但是每一并中，每一顆的電壓是相等的）電芯的電壓，當電壓超過充電截止電壓和低于放電截止電壓時，主動切斷電池，確保不會出現(xiàn)過充過放行為，保證電池安全。
 
       在充電過程中，只要電池管理系統(tǒng)檢測到這幾千顆電芯中有一顆電池已經(jīng)充滿，就會停止整個充電過程。放電也是同理，只有有一顆電芯已經(jīng)放完電，就會切斷整個電池輸出。想象一下，電池包里面有一顆電芯和別的電芯差距很大，大家才充電到80%時，他就充滿了；另外又有一顆電芯，當別的電芯整體剩余電量在20%時，他已經(jīng)放完了電。那電池包整體表現(xiàn)是啥樣呢，就是整個電池包放電到20%就會停止，充電到80%也會停止。
 
       換句話說，電池只發(fā)揮了20%～80%這部分的功效，也就是說，電池實際的儲電量只有額定標量的60%。按照咱用戶的體驗來說，就是一充電就滿了，一放電就完了。這還是短期來看的效果，長期來看，會直接損耗電池，加快電池不可逆的容量降低。
 
       電芯的一致性差異，就像新舊電池混用。差異大的電芯，除了會拖累正常的電芯，還是整個電池包的薄弱點，過充、過放、發(fā)熱等都是從他們那開始的。
 
       那通常是怎么保證一致性的呢，電池廠在生產電池時，會對每一顆電芯進行測試，n里挑一，選出參數(shù)最一致的分為一組。一般越是大廠，電芯基數(shù)越多，能選出的最接近的電芯越多，配的組也就越一致。
 
       生產方面保證工藝一致性，自動化、損耗性設備定期、定量更換，工藝檢測。小廠就算了，人工焊，焊一半，換個人來繼續(xù)都有可能。
 
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 動力電池 電芯
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