鉅大LARGE | 點擊量：3856次 | 2019年06月11日
介紹鋰電池一致性和分選方法
1共同性定義
鋰電池的共同性，眼前看，是指一組鋰電池重要特征參數(shù)的趨同性，是一個相對概念，沒有最共同，只有更共同。同一個電池包內(nèi)的多串電芯，每一個參數(shù)，最好悉數(shù)處在一個較小的規(guī)模內(nèi)，是為共同性好。
加入時刻維度，共同性是指電池包內(nèi)悉數(shù)電芯全生命周期內(nèi)悉數(shù)特性參數(shù)的共同性，添加考慮容量衰減的不共同，內(nèi)阻增長的不共同，老化速率的不共同。整個電池包的壽數(shù)，是我們重視共同性的終究著眼點。
有學(xué)者依據(jù)時刻的推移，把參數(shù)之間的相互作用放在一張圖上，如下圖所示。時刻為橫軸，參數(shù)為縱軸，幾個參數(shù)跟隨時刻變化放到一個表里，交織成一張網(wǎng)，作為我們思考共同性的出發(fā)點。
尋求共同性的目，除了在當(dāng)時狀態(tài)下，發(fā)揮出電池包的最大才能(包含最大功率，最大電流，最大可用容量)，還想要這樣的才能保持盡量長的時刻。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
2共同性的點評規(guī)模
個人了解，共同性是一輛電動汽車上，作為動力的悉數(shù)電芯的共同性，無論串聯(lián)聯(lián)系還是并聯(lián)聯(lián)系。下面內(nèi)容沒有做全面討論，只是舉例闡明。
2.1并聯(lián)狀況
直接舉例。放電才能低的電芯(代號B)與其他正常電芯并聯(lián)，成為一個并聯(lián)模組D，比方這是一個10只電池并聯(lián)的模組。系統(tǒng)放電，每個并聯(lián)模組都需求提供相同的電流，比方100A。其他正常的并聯(lián)模組，每只電池放電10A;B最大只能放出1A電流，則其他9只電池，每只需求放出11A。一般狀況下，長期超負(fù)荷，相比其他并聯(lián)模組，這些電芯的老化速率更快。某一天，這個并聯(lián)模組整體的最大放電才能無法到達(dá)設(shè)計最大才能。這個并聯(lián)電池組，成了整個電池包放電才能的瓶頸。
2.2串聯(lián)狀況
依照電動汽車上的一般景象，串聯(lián)聯(lián)系首要在模組與模組之間。接續(xù)前面并聯(lián)狀況的劇情，整個電池包內(nèi)出現(xiàn)了一個老化程度比其他電池組都深的電池組D，D的容量小，而內(nèi)阻大。反應(yīng)到SOC與開路電壓的曲線上，同一SOC對應(yīng)的開路電壓，D端電壓偏高。整個電池包充電，D最先到達(dá)充電截止電壓，電池包停止充電。其他模組還沒有吃飽，他現(xiàn)已要撐破肚皮，因為它老了，飯量變小了。
因此，單體共同性，不是某一個焊接在一起的模組內(nèi)部的事，而是對同一輛車上所有動力電池的要求。
3不共同性的表鋰電池，
電壓不共同，在化成后，經(jīng)歷同樣的充放電進(jìn)程，靜置滿足時刻，在同樣的環(huán)境溫度下，待點評電芯充電到相同SOC。測量其開路電壓，此刻表現(xiàn)出來的電壓差距，便是單體電芯的電壓不共同性。有研討顯現(xiàn)，單體電芯的開路電壓，符合正態(tài)散布。便是說，我們所有進(jìn)步共同性的努力，只能改變參數(shù)的集中度。
內(nèi)阻不共同，電芯內(nèi)阻是電芯功率特性的重要表征，也是電芯成組后，電芯性能參數(shù)進(jìn)一步離散化的原因之一。內(nèi)阻不共同可以構(gòu)成溫升不共同，是引發(fā)其他參數(shù)進(jìn)一步離散化的一類原因。
內(nèi)阻，同樣是模組成組后的檢測指標(biāo)。從電芯單體組裝成模組，要經(jīng)歷焊接或許機械結(jié)構(gòu)夾持等成組進(jìn)程，成組工藝的共同性，反應(yīng)到成型后的模組上，便是模組的內(nèi)阻。
容量不共同，壽數(shù)不共同，依照現(xiàn)在的壽數(shù)衡量標(biāo)準(zhǔn)，可用容量和壽數(shù)緊密聯(lián)系在一起，這里一起闡明。
容量一般都會作為電芯分組的初選內(nèi)容，是電芯不共同最重要的參數(shù)表現(xiàn)。構(gòu)成容量不共同的原因很多，而且多數(shù)都是制作進(jìn)程的不共同的結(jié)果。
除了到達(dá)容量、內(nèi)阻等壽數(shù)指標(biāo)以外，壽數(shù)不共同的另外一層意義是，電池失效時刻不共同。有研討表明，并不一定是容量最小的電芯或許工作條件最惡略的電芯最先到達(dá)壽數(shù)的結(jié)尾。每顆電芯從出世開始，其抗衰老的才能現(xiàn)已存在差異。
溫升不共同，每只電芯，除了直接影響發(fā)熱的內(nèi)阻要素外，其內(nèi)部電化學(xué)物質(zhì)制作進(jìn)程中構(gòu)成的不共同，對發(fā)熱量也會產(chǎn)生影響。每一只電芯在電池包中所處位置不同，構(gòu)成其散熱條件的差異，終究也會導(dǎo)致電芯溫升不共同。
4共同性點評
研討人員運用各種計算辦法來點評共同性的好壞。有的廠家用標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差的大小來衡量一組電芯參數(shù)的集中度，在計算學(xué)意義上是合理的。
有的廠家直接運用一組數(shù)據(jù)的極差，最大最小值的差值，雖然無法全面描繪一組電池的悉數(shù)參數(shù)散布狀況，但對于當(dāng)時的電池管理系統(tǒng)BMS的控制邏輯來說，也是一種合理選擇。況且，運用極差是最為簡潔的一種辦法。
5分選辦法
在既有的生產(chǎn)才能和工藝水平下，解決鋰電池共同性問題常見的有三條路，一是合理分選，把性能參數(shù)相近的電芯放在一個電池包里運用，極力是電芯初始狀態(tài)共同;二是進(jìn)步熱管理水平，為電池提供更適宜且更均勻的工作環(huán)境溫度，避免初始的不共同進(jìn)一步惡化;三是進(jìn)步電池管理系統(tǒng)全面監(jiān)控的才能和均衡才能，力求改進(jìn)現(xiàn)已發(fā)生的不共同狀況。
本節(jié)把重點放在分選辦法上。
工廠里，一般電芯分選前后的流程如下圖所示：
分選辦法，依照采樣電芯的狀態(tài)不同，可以分紅靜態(tài)分選和動態(tài)分選。
5.1靜態(tài)分選
傳統(tǒng)上，應(yīng)用較多的是靜態(tài)分選。靜態(tài)，是指電芯參數(shù)與工作狀態(tài)無關(guān)。通常，被用來做靜態(tài)分選的參數(shù)包含電池的容量，開路電壓和內(nèi)阻等。
有的辦法是直接依照參數(shù)數(shù)值大小區(qū)分區(qū)間，落在同一個區(qū)間內(nèi)的電芯即為一組;
有的在開始分組后，再在組內(nèi)以另一個參數(shù)為考察方針，繼續(xù)把電芯做更細(xì)化的分組。比方先按容量區(qū)分紅5個組以后，再依照內(nèi)阻，把每個組進(jìn)一步分紅3組，最后，一個批次的電芯被區(qū)分紅15組。
有的在收集重視的參數(shù)樣本后，采用計算學(xué)算法，使得參數(shù)相近的天然歸類為一組，應(yīng)用較多的是聚類法。
聚類法是一類計算剖析算法的總稱，其主旨是將一個參數(shù)的樣本組，依照天然篩選出來的數(shù)據(jù)中心凝集成若干組，完成分組的意圖。聚類法其內(nèi)涵和它所包含的子算法十分多，有興趣可自行百度。這里只需了解，這是一種無須人工干預(yù)的天然分組辦法即可。聚類剖析，既可以用在靜態(tài)分選的樣本數(shù)據(jù)上，也可以用來剖析動態(tài)樣本。
在很長一段時刻里，靜態(tài)分選都是鋰電池行業(yè)的首要分選辦法。但靜態(tài)分選無法反應(yīng)電池工作進(jìn)程中的參數(shù)特點。電化學(xué)反應(yīng)是一個雜亂的動態(tài)進(jìn)程，簡略的用電池的幾個靜態(tài)參數(shù)，無法準(zhǔn)確歸納電芯的未來特性。
5.2動態(tài)分選
動態(tài)分選，是基于電池充放電等工作進(jìn)程中，電芯參數(shù)有所不同進(jìn)行分組的工作辦法。
一類辦法是把電芯恒流充放電作為研討進(jìn)程。有的算法把電壓時刻曲線作為分類方針，利用計算學(xué)算法，把曲線特征區(qū)分組別;有的重視進(jìn)程中的電壓、容量、內(nèi)阻、放電平臺、電芯厚度等參數(shù)，并進(jìn)行分類;
另一類，是把恒流恒壓充電進(jìn)程作為研討進(jìn)程。有的把恒壓恒流曲線上的采樣點與均值點之間的歐式間隔作為方針參數(shù)進(jìn)行聚類剖析，完成電芯分組;有的在前面辦法的基礎(chǔ)上改進(jìn)采樣規(guī)矩，使得電流對時刻的變化率較大的區(qū)域采樣點更密集，同時確保采樣不會低于一個最小步長。
還有一類，考慮電動汽車實際運行中可能遇到的脈沖電流狀況，認(rèn)為電流的大小會極大的影響電芯的極化狀態(tài)。因此在前面恒流恒壓充電曲線的分組基礎(chǔ)上繼續(xù)細(xì)化分組，給電芯加載脈沖電流，把電芯端電壓作為分組依據(jù)。
5.3分選結(jié)果的驗證辦法
最理想的分選結(jié)果是，電池包內(nèi)悉數(shù)電芯同時到達(dá)壽數(shù)結(jié)尾。但實物的老化測試辦法，成本高，耗時長，在文獻(xiàn)中很難見到此類驗證進(jìn)程。
應(yīng)有較多的分組驗證辦法是極差計算和標(biāo)準(zhǔn)差計算，也有利用實車運行數(shù)據(jù)中大功率沖擊工況進(jìn)行的模型仿真驗證。
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