鉅大LARGE | 點擊量：830次 | 2021年08月31日
如何認識鋰離子電池的危害
鋰離子電池存在一致性差問題，這導致鋰離子電池出現(xiàn)容量損失、壽命損失、內阻增大。
電芯性能的不一致，都是在加工過程中形成，在使用過程中加深。同一個電池包內的電芯，弱者恒弱，且加速變弱。單體電芯之間參數的離散程度，隨著老化程度的加深而加大。
動力鋰離子電池，已經穩(wěn)穩(wěn)占據了電動汽車電源江湖老大的地位。使用壽命長，能量密度高，還極具改進潛力。安全性可以改，能量密度可以持續(xù)上升。在可預見的時間里(傳說約莫2020年左右)就可以趕上燃油車的續(xù)航能力和性價比，步入電動汽車的第一個成熟階段。然而鋰離子電池也有鋰離子電池的煩惱。
?1：為何鋰離子電池多數都是小個子
我們看到的鋰離子電池，圓柱電池，軟包電池、方形電池，一般都長相秀氣，完全找不到傳統(tǒng)鉛酸蓄電池那樣的大塊頭，這是為何?
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
能量密度高，鋰離子電池往往不敢設計成大容量。鉛酸蓄電池的能量密度在40Wh/kg左右，而鋰離子電池，已經超過150Wh/kg。能量聚集度提高，對安全性的要求水漲船高。
首先，單只能量過高的鋰離子電池，遇到意外，引發(fā)熱失控，電池內部急劇反應，短時間內，過多的能量無處釋放，是非常危險的。尤其在安全技術，管控能力發(fā)展還不夠充足的時候，每只電池的容量都應當克制。
其次，被鋰離子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，當前的鋰離子電池已經設計了多重安全手段。拿圓柱電池為例。
安全閥，當電池內部反應超出正常范圍，溫度上升，并且伴隨生成副反應氣體，壓力達到設計值，安全閥自動開啟，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，電阻在達到某一個溫度以后，阻值陡增，所在回路電流下降，阻止溫度的進一步升高。
熔斷器，電芯配備具有過流熔斷功能的熔絲，一旦出現(xiàn)過流風險，電路斷開，防止惡性事故的發(fā)生。
?2：鋰離子電池一致性問題
鋰離子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，就要面對一個問題，一致性。
我們日常的相關經驗是，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。而鋰離子電池的大規(guī)模使用，情形卻并非如此簡單。
鋰離子電池參數的不一致重要是指容量、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。
?容量損失，電芯單體組成電池包，容量符合"木桶原理"，最差的那顆電芯的容量決定整個電池包的能力。
為了戒備電池過充過放，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，整個電池包停止放電;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，另外一只容量惟有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洋溢，達到充電截止條件，系統(tǒng)不再持續(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洋溢放，容量大的電芯卻一直使用部分容量。整個電池包的容量總有一部分處于閑置狀態(tài)
壽命損失，類似的電池包的壽命，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，每次都是滿洋溢放，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。
內阻增大，不同的內阻，流過相同的電流，內阻大的電芯發(fā)熱量相比較較多。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，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。
3：要怎么樣應對不一致性
電芯性能的不一致，都是在加工過程中形成，在使用過程中加深。同一個電池包內的電芯，弱者恒弱，且加速變弱。單體電芯之間參數的離散程度，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，重要從三個方面考慮。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)供應均衡功能。
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，也要經過篩選，把參數相對聚集的電芯放在一個電池包里，同一個電池組里。
分選的目的，是把參數相似的電芯選擇出來。分選辦法，被研究了很多年，重要分靜態(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，容量等特性參數進行篩選，選取目標參數，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，有的比較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)了一把動力鋰離子電池加工規(guī)模的緊要性。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包。假如產量太小，分組過多，一個批次都無法裝備一個電池組，再好的辦法也無法施展了。
熱管理
針對內阻不一致電芯，萌生熱量不相同問題。熱管理系統(tǒng)的加入，可以調節(jié)整個電池包的溫差，使之保持在一個較小的范圍里。生成熱量較多的電芯，仍舊溫升偏高，但不會與其他電芯拉開差距，劣化水平就不會出現(xiàn)分明的差距。
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。
某一顆電芯率先到達充電截止電壓，而其余眾電芯電壓分明滯后，bMS起動充電均衡功能，或者接入電阻，放掉高電壓電芯的部分電量，或者把能量轉移走，放到低電壓電芯上去。這樣，充電截止條件被解除，充電過程重新開始，電池組充入更多電量。
直到今朝，電芯的不一致性，依然是行業(yè)內研究的緊要范疇。電芯能量密度再高，遇到不一致性來攪局，電池組能力也會大打折扣。
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