鉅大LARGE | 點擊量:2759次 | 2020年03月16日
鋰電池參數(shù)不一致會出現(xiàn)哪些問題?如何應對鋰電池參數(shù)不一致?
其次,被鋰電池殼體包裹起來的能量,一旦出現(xiàn)意外,消防員、滅火劑無法觸及、無能為力,只能在發(fā)生事故時隔離現(xiàn)場,任事故電池自行反應,能量燃盡為止。
當然,出于安全考慮,當前的鋰電池已經(jīng)設計了多重安全手段。拿圓柱電池為例。
鋰電池一致性問題
鋰電池不能做成一大只,只好把眾多小電芯組織起來,大家勁往一處使,精誠合作,也能帶著電動汽車飛起。這時候,就需要面對一個問題,一致性。
我們日常的經(jīng)驗是,兩節(jié)干電池,正負極連接起來,手電筒就能發(fā)光,有誰管它一致不一致的事情。而鋰電池的大規(guī)模應用,情形卻并非如此簡單。
鋰電池參數(shù)的不一致主要是指容量、內阻、開路電壓的不一致。不一致的電芯串并在一起使用,會出現(xiàn)如下問題。
1)容量損失,電芯單體組成電池組,容量符合木桶原理,最差的那顆電芯的容量決定整個電池組的能力。
為了防止電池過充過放,電池管理系統(tǒng)的邏輯如此設置:放電時,當最低的單體電壓達到放電截止電壓時,整個電池組停止放電;充電時,當最高單體電壓觸及充電截止電壓時,停止充電。
拿兩只電池串聯(lián)舉例。一只電池容量1C,另外一只容量只有0.9C。串聯(lián)關系,兩只電池通過同樣大小的電流。
充電時,容量小的電池必然先充滿,達到充電截止條件,系統(tǒng)不再繼續(xù)充電。放電時,容量小的電池也必然先放光全部可用能量,系統(tǒng)即刻停止放電。
這樣,容量小的電芯始終在滿充滿放,容量大的電芯卻一直使用部分容量。整個電池組的容量總有一部分處于閑置狀態(tài)
2)壽命損失,類似的,電池組的壽命,由壽命最短的那顆電芯決定。很大可能性,壽命最短的電芯,就是那顆容量小的電芯。小容量電芯,每次都是滿充滿放,出力過猛,很大可能最先到達壽命的重點。一直電芯壽命終結,一組焊接在一起的電芯,也就跟著壽終正寢。
3)內阻增大,不同的內阻,流過相同的電流,內阻大的電芯發(fā)熱量相對比較多。電池溫度過高,造成劣化速度加快,內阻又會進一步升高。內阻和溫升,形成一對負反饋,使高內阻電芯加速劣化。
上面三個參數(shù),并不完全獨立,老化程度深的電芯內阻比較大,容量衰減也更多。分開說明,只是想表述清楚它們各自的影響方向。
如何應對不一致性
電芯性能的不一致,都是在生產(chǎn)過程中形成,在使用過程中加深。同一個電池組內的電芯,弱者恒弱,且加速變弱。單體電芯之間參數(shù)的離散程度,隨著老化程度的加深而加大。
當前,工程師應對單體電芯不一致,主要從三個方面考慮。單體電池分選,成組后熱管理,出現(xiàn)少量不一致時電池管理系統(tǒng)提供均衡功能。
1)分選
不同批次的電芯,理論上不放在一起使用。即使相同批次的電芯,也需要經(jīng)過篩選,把參數(shù)相對集中的電芯放在一個電池組里,同一個電池包里。
分選的目的,是把參數(shù)相近的電芯挑選出來。分選方法,被研究了很多年,主要分靜態(tài)分選和動態(tài)分選兩大類。
靜態(tài)分選,針對電芯的開路電壓,內阻,容量等特性參數(shù)進行篩選,選取目標參數(shù),引入統(tǒng)計算法,設定篩選標準,最后將同一批次的電芯區(qū)分成若干組。
動態(tài)篩選,是針對電芯在充放電過程中表現(xiàn)出來的特性進行篩選,有的選擇恒流恒壓充電過程,有的選取脈沖沖擊充放電過程,有的對比自身的充電和放電曲線之間的關系。
動靜結合分選,用靜態(tài)篩選做初步分組,在此基礎上進行動態(tài)篩選,這樣劃分出來的組別更多,篩選準確性更高,但成本也會相應上升。
這里就小小體現(xiàn)了一把動力鋰電池生產(chǎn)規(guī)模的重要性。大規(guī)模出貨,使得廠家可以進行更精細的分選,得到性能更接近的電池組。如果產(chǎn)量太小,分組過多,一個批次都無法裝備一個電池包,再好的方法也無法施展了。
2)熱管理
針對內阻不一致電芯,產(chǎn)生熱量不相同問題。熱管理系統(tǒng)的加入,可以調節(jié)整個電池組的溫差,使之保持在一個較小的范圍里。生成熱量較多的電芯,依然溫升偏高,但不會與其他電芯拉開差距,劣化水平就不會出現(xiàn)明顯的差距。
3)均衡
電芯單體的不一致,某些電芯端電壓,總是超前于其他電芯,最先到達控制閾值,導致整個系統(tǒng)容量變小。為了解決這個問題,電池管理系統(tǒng)BMS設計了均衡功能。