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单体电池不一致性所带来的一系列问题

单体电池不一致性所带来的一系列问题

这个是半电池的曲线0.15C,实际的电芯比这个要难看得多,特别在充电末期,电池容量之间的差异微小差别也会导致电池单体之间电压的巨大差异,当容量最小的电芯充满电达到充电截止电压时其内阻要比其他电芯大得多(其他电芯还没有充满电),这时就必须停止恒流充电,否则会过冲,照理这时应该转而进入恒压浮充状态,但是只要有电流通过,容量小的电池的电压必定比其他电池要,进而无法继续充电,所以整个电池组的容量只能按照容量最小的电芯来确定。

还有容量最小的电芯在放电的时候也总要比其他电芯最先达到截止电压,内阻比其他电芯大进而导致电压下降,形成恶性循环!所以整个电池组的性能会比最差的那个电芯更差。

更加糟糕的事还有,往往容量最小的电芯在充放电过程中一定会比其他电芯负担重,他要0-100%充放电循环,而其他电芯则相对来说则是浅冲浅放,我们知道高负荷工作的电池寿命明显会缩短,当容量最小的电池性能达到某个临界点时,其性能会呈雪崩式的急剧下降进而失效,整个电池组会由于这个电芯的失效而整体报废!

在电池组装配前即使很严格地限制了配对电芯的容量和直流内阻,还有一个问题就是充放电曲线的一致性,电池是串联工作的电流是一样的,如果充放电曲线有了较大的差异(包括不同倍率下的电压平台,曲线拐点等),电池的两端电压会很不一样,虽然短时间使用几乎没有任何影响,但长期的积累效应也会使得好的电芯变坏。特别是在相同倍率下电压——容量曲线的一致性,还要求在不同的倍率特别是高倍率下曲线也要有较好的一致性。

所以要组装好一个安全耐用的电池组,对电芯的挑选配对提出了很高的要求,同时为了安全起见在电池组外要加接一定的监控电路,及时发现电压异常的单体。

电池组对一致性的要求随着串联电池的数量成正比,36V或48V电压的电池较容易做到一定的一致性,但是在电动汽车上的话,怎么也得有180V以上的直流电压来驱动电机才能有较好的动力和较高的电流效率,这样就会需要56节以上的电池串联,这么多电池出现故障的概率就更高了。

一方面高电压电池组的使用对电池一致性要求非常高,另一方面制造锂离子电池有许多复杂的工艺步骤,导致一致性非常难控制,这一对矛盾是制约锂离子动力电池发展的重要因素之一——电池组寿命不长,而非单体电池本身不行。