單體電池不一致性所帶來的一系列問題

1、單體電池不一致性的問題如下圖所示，單體電池標(biāo)稱電壓為 3.2V內(nèi)阻為10mQ，容量為10Ah，圖中所示為恒流充電 階段，其中電池的內(nèi)阻為直流內(nèi)阻而非交流內(nèi)阻。在理想狀態(tài)下，單體之間是一致的， 則通過基本的電路運(yùn)算可以得到所有的電池 所附加的電壓都是：3.2V+0.01 QX 2A=3.22V這樣是沒有任何問題的。實(shí)際生產(chǎn)的電芯，每個(gè)電池的實(shí)際電壓有一定的差別，內(nèi)阻也有一定的差距 在電池荷電量在 10%-90%狀態(tài)下電池的直流內(nèi)阻荷和開路電壓的變化值一般不 大不會(huì)對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生較大的變動(dòng)單體電池之間的電壓也比較均衡。 電池各個(gè)參 數(shù)變化最明顯就是在充電末期（SOC90%以上時(shí)）和放電末期（SOC

2、小于10%） 電池的電壓和直流內(nèi)阻都會(huì)發(fā)生明顯的變化， 而且不同的電池變化幅度也不一樣， 這就直接擴(kuò)大了電芯之間的差異， 電壓分布更加不均勻了， 這種不均勻的現(xiàn)象在 電池組初期使用過程中并不十分明顯， 隨著循環(huán)次數(shù)的增加， 差異在擴(kuò)大， 比如 說第一個(gè)電池的內(nèi)阻擴(kuò)大到 30mQ ，這樣的內(nèi)阻值并不是比較大的數(shù)字，但這個(gè) 電池的電壓就比其他電池多出來 0.04V。在實(shí)際的電池組使用過程中單體容量差距對(duì)電池組的壽命影響是巨大的，因 為電池的荷電狀態(tài)和內(nèi)阻有最直接的關(guān)系， 在充電過程中，其他電芯都充到了9 0%而某個(gè)電芯容量比其他電芯要少一些，這樣它的SOC則能夠達(dá)到9 5%, 我細(xì)細(xì)考察一下一個(gè)單

3、體充放電曲線， 看看90% 和 95%到底相差多大的電壓： 這個(gè)是半電池的曲線 0.15C,實(shí)際的電芯比這個(gè)要難看得多，特別在充電末期， 電池容量之間的差異微小差別也會(huì)導(dǎo)致電池單體之間電壓的巨大差異， 當(dāng)容量最 小的電芯充滿電達(dá)到充電截止電壓時(shí)其內(nèi)阻要比其他電芯大得多 （其他電芯還沒 有充滿電），這時(shí)就必須停止恒流充電，否則會(huì)過沖，照理這時(shí)應(yīng)該轉(zhuǎn)而進(jìn)入恒 壓浮充狀態(tài)， 但是只要有電流通過， 容量小的電池的電壓必定比其他電池要， 進(jìn) 而無法繼續(xù)充電，所以整個(gè)電池組的容量只能按照容量最小的電芯來確定。還有容量最小的電芯在放電的時(shí)候也總要比其他電芯最先達(dá)到截止電壓，內(nèi) 阻比其他電芯大進(jìn)而導(dǎo)致電壓下降

4、， 形成惡性循環(huán)！ 所以整個(gè)電池組的性能會(huì)比 最差的那個(gè)電芯更差。更加糟糕的事還有，往往容量最小的電芯在充放電過程中一定會(huì)比其他電芯 負(fù)擔(dān)重，他要 0-100%充放電循環(huán)，而其他電芯則相對(duì)來說則是淺沖淺放，我們 知道高負(fù)荷工作的電池壽命明顯會(huì)縮短， 當(dāng)容量最小的電池性能達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn) 時(shí)，其性能會(huì)呈雪崩式的急劇下降進(jìn)而失效， 整個(gè)電池組會(huì)由于這個(gè)電芯的失效 而整體報(bào)廢！在電池組裝配前即使很嚴(yán)格地限制了配對(duì)電芯的容量和直流內(nèi)阻，還有一個(gè) 問題就是充放電曲線的一致性， 電池是串聯(lián)工作的電流是一樣的， 如果充放電曲 線有了較大的差異（包括不同倍率下的電壓平臺(tái)，曲線拐點(diǎn)等） ，電池的兩端電 壓會(huì)很不一

5、樣， 雖然短時(shí)間使用幾乎沒有任何影響， 但長期的積累效應(yīng)也會(huì)使得 好的電芯變壞。 特別是在相同倍率下電壓 容量曲線的一致性， 還要求在不同 的倍率特別是高倍率下曲線也要有較好的一致性。所以要組裝好一個(gè)安全耐用的電池組， 對(duì)電芯的挑選配對(duì)提出了很高的要求， 同時(shí)為了安全起見在電池組外要加接一定的監(jiān)控電路， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓異常的單體。電池組對(duì)一致性的要求隨著串聯(lián)電池的數(shù)量成正比， 36V 或 48V 電壓的電池 較容易做到一定的一致性，但是在電動(dòng)汽車上的話，怎么也得有180V以上的直 流電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)才能有較好的動(dòng)力和較高的電流效率，這樣就會(huì)需要 56 節(jié)以 上的電池串聯(lián)，這么多電池出現(xiàn)故障的概率就

6、更高了。一方面高電壓電池組的使用對(duì)電池一致性要求非常高，另一方面制造鋰離子 電池有許多復(fù)雜的工藝步驟， 導(dǎo)致一致性非常難控制， 這一對(duì)矛盾是制約鋰離子 動(dòng)力電池發(fā)展的重要因素之一 電池組壽命不長，而非單體電池本身不行。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.t o ji e k ogfljir