電芯

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。比如同一個(gè)電池組內(nèi)的電芯，弱者恒弱，且加速變?nèi)酢误w電芯之間參數(shù)的離散程度，隨著老化程度的加深而加大。

我們看到的鋰電池，圓柱電池，軟包電池、方形電池，一般都長(zhǎng)相清秀，完全找不到傳統(tǒng)鉛酸電池那樣的大塊頭，這是為什么？能量密度已提高，鋰電池往往不敢設(shè)計(jì)成大容量。鉛酸電池的能量密度在40Wh/kg左右，而鋰電池，已經(jīng)超過150Wh/kg。

當(dāng)然，能量集中度提高，對(duì)安全性的要求也是水漲船高。

首先，單只能量過高的鋰電池，遇到意外，引發(fā)熱失控，電池內(nèi)部急劇反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)，過多的能量無處釋放，是非常危險(xiǎn)的。尤其在安全技術(shù)，管控能力發(fā)展還不夠充分的時(shí)候，每只電池的容量都應(yīng)該得到克制。

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(shí)隔離現(xiàn)場(chǎng)，任事故電池自行反應(yīng)，能量燃盡為止。

出于安全考慮，當(dāng)前的鋰電池已經(jīng)設(shè)計(jì)了多重安全手段。

1）電池防水

防水性能，依卓爾能源的鋰電池研究已經(jīng)升入到電池防水模塊，專業(yè)的結(jié)構(gòu)技術(shù)研發(fā)，鋰電池已經(jīng)能深入水下百米。

2）鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全

安全閥，當(dāng)電池內(nèi)部反應(yīng)超出正常范圍，溫度上升，并且伴隨生成副反應(yīng)氣體，壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，安全閥自動(dòng)開啟，泄掉壓力。安全閥打開的一刻，電池完全失效。

熱敏電阻，有的電芯配置熱敏電阻，一旦出現(xiàn)過流，電阻在達(dá)到某一個(gè)溫度以后，阻值陡增，使回路電流下降，阻止溫度的進(jìn)一步升高。

熔斷器，電芯配備具有過流熔斷功能的熔絲，一旦出現(xiàn)過流風(fēng)險(xiǎn)，電路斷開，以避免惡性事故的發(fā)生。

2.鋰電池組一致性問題

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(chéng)合作，。這時(shí)候，就需要面對(duì)一個(gè)問題，一致性。

我們?nèi)粘５慕?jīng)驗(yàn)是，兩節(jié)干電池，正負(fù)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(yīng)用，情形卻并非如此簡(jiǎn)單。

鋰電池參數(shù)的不一致主要是指容量、內(nèi)阻、開路電壓的不一致。不一致的電芯串并在一起使用，會(huì)出現(xiàn)如下問題。

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(gè)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(shè)置：放電時(shí)，當(dāng)最低的單體電壓達(dá)到放電截止電壓時(shí)，整個(gè)電池組停止放電；充電時(shí)，當(dāng)最高單體電壓觸及充電截止電壓時(shí)，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(guān)系，兩只電池通過同樣大小的電流。

充電時(shí)，容量小的電池必然先充滿，達(dá)到充電截止條件，系統(tǒng)不再繼續(xù)充電。放電時(shí)，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(gè)電池組的容量總有一部分處于閑置狀態(tài)。

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(dá)壽命的重點(diǎn)。一直電芯壽命終結(jié)，一組焊接在一起的電芯，也就跟著壽終正寢。

內(nèi)阻增大，不同的內(nèi)阻，流過相同的電流，內(nèi)阻大的電芯發(fā)熱量相對(duì)比較多。電池溫度過高，造成劣化速度加快，內(nèi)阻又會(huì)進(jìn)一步升高。內(nèi)阻和溫升，形成一對(duì)負(fù)反饋，使高內(nèi)阻電芯加速劣化。

上面三個(gè)參數(shù)，并不完全獨(dú)立，老化程度深的電芯內(nèi)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。

3.如何應(yīng)對(duì)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(gè)電池組內(nèi)的電芯，弱者恒弱，且加速變?nèi)酢误w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(dāng)前，工程師應(yīng)對(duì)單體電芯不一致，主要從三個(gè)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(shí)電池管理系統(tǒng)提供均衡功能。

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(duì)集中的電芯放在一個(gè)電池組里，同一個(gè)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(dòng)態(tài)分選兩大類。

靜態(tài)分選，針對(duì)電芯的開路電壓，內(nèi)阻，容量等特性參數(shù)進(jìn)行篩選，選取目標(biāo)參數(shù)，引入統(tǒng)計(jì)算法，設(shè)定篩選標(biāo)準(zhǔn)，最后將同一批次的電芯區(qū)分成若干組。

動(dòng)態(tài)篩選，是針對(duì)電芯在充放電過程中表現(xiàn)出來的特性進(jìn)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(duì)比自身的充電和放電曲線之間的關(guān)系。

動(dòng)靜結(jié)合分選，用靜態(tài)篩選做初步分組，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)篩選，這樣劃分出來的組別更多，篩選準(zhǔn)確性更高，但成本也會(huì)相應(yīng)上升。