动力电池PACK一致性探讨

动力电池 PACK 一致性探讨

武燕荣

天津力神电池股份有限公司 天津市 300384

摘要：为了缓解尾气排放对大气的污染，减缓石油资源的衰竭，我国的汽车行业开始将注意力更多地放在新能源的开发上。但随着新能源汽车的制作和研发，不少与新能源动力电池有关的问题显现出来，这些问题既减少了电池使用寿命，同时也降低了新能源汽车的使用安全性。

关键词：新能源汽车；动力电池PACK；质量控制措施

在电池成组应用中，单体电池性能差异对整体电池成组的影响是十分巨大的，但与其有关的问题只能减少，无法做到彻底消除。在电池单体的一致性问题上，可以就成组应用角度从两方面展开研究：单体电池的分选以及合理电池管理。

1动力电池组成组时单体一致性保证

1.1容量一致

电池容量可以划分为两大部分内容，一部分是实际容量，另一部分是额定容量。所谓额定容量是指电池在设计时规定，在保持电池放电条件的基础上，能够放出最低限度的电量。所谓实际容量，则是指电池在实际应用中能够放出的最低限度的电量，而这一电量释放过程可能会受到电倍率及温度等多种因素影响。我们通常将额定容量称为标称容量，在分流时，电池会在环境温度达到一定条件后，以一定功率释放电流直至电压终止，这时可以利用电流值和放电时间计算出一个数值，该数值就为额定容量。

1.2内阻一致

电池在实际工作过程中会受电池内部的相关结构阻碍，这种阻碍对电流流过电池造成阻力，带阻力被称为电池内阻。通常情况下，内阻分为交流内阻和直流内阻。在内阻测量时大多测量的是交流内阻，内阻的产生主要因电解液、隔膜、电阻等零件作用，此外也受电池尺寸结构的影响。电池的电流放电力强，则说明电池内阻小，反之，则说明电池的内阻大。电池内阻大小会引起电池内部产生不同热量的温度。温度过高则可能致使电池的放电性能降低，使用寿命也会随之缩短。

1.3恒流比一致

所谓恒流比，是指电流充入电池的电量与恒电流、恒电压充入的总电量之比。电池表现出的恒流比越高，则说明该电池的性能越好。在电池进行分容时，其会在一定温度下以三小时率电流恒流放电到规定的电压。而后再以三小时率电流恒流充电至规定电压。这个过程是电池放电和充电的过程，若电池的电量续满或耗尽，则该过程终止。为对比不同电池的性能，可以通过对比不同电池的恒流比来实现。

1.4放电平台一致

实际上，电池通常会在充满电后以每三小时率电流放电到规定电压的时间，而放电平台则是电池放电曲线的重要特征。若电池的放电平台高，则说明电池的性能更好。在电池分容时，会在一定的温度条件下，以每三小时率电流恒流充电到电池内部恒压充电电压，直至转恒压充电至充电停止。放电与充电的条件相同，但其实直到放电终止。同样，我们也可借助放电平台的情况探索电池的性能好坏。

1.5自放电一致

若电池处于闲置状态，在一定时间内不进行对外做功，那么其内部的物质就会发生相应的化学反应，最终导致电池的容量损失。这种现象被称为电池的自放电。自放电产生主要是因为电池制造的工艺、储存条件等等，而自放电的大小我们可以用荷电保持率加以阐述。所谓自放电率，是指电池在虚满电后的一定储存时间内，减少容量与初始容量的比值。同样，我们也可以借助电池的自放电率来探索电池性能的好坏。一般好的电池电池自放电率较小，即便短时间不用，电池的耗损也很小。对于同一组电池组来说，每个单体电池的自放电应保持一致。

1.6电压一致

每个电池都有正负极之分，而正负极之间的电位差就是整个电池的电压。我们可以将电池的电压分为开路电压和工作电压两种。所谓开路电压，是指电池在为工作的情况下，电池两极所产生的电位差。而工作电压则是指电池在工作情况下电池两极所产生的电位差。若电池两级的材料使用一样，那么该电池的开路电压就不受电池体积和几何结构情况的影响。电压单位为“伏（V）”，在条件相同前提下，放电电压与电池性能成正比，而电池的电压与电池带电量及温度有关。在组装电池组时，必须控制单体电池间的电压差。

1.7带电量

带电量不等同于电池容量，具体是指目前状态下开始放电，以3h率电流值持续放电直至电压终止，这一过程中电池所释放出的电量，带电量多用SOC表示，意为带电多少与实际容量的百分比，因此其单位为百分比（％），在条件相同前提下，带电量受开路电压影响，而开路电压与电流成正比。当电池串联于电池组时，会通过自动均衡保持带电量一致，当其并联与电池组时，会通过自均衡保持其带电量一致。

1.8电池批次

同一批次代表着电池的材料、工艺、设备、生产时间及型号完全一致，电池组间的电池保障批次一致，能够最基本的保障其性能的一致性。因此，电池组多为同一批次电池构成，若该批次电池数量不足，会选择相邻的同一工艺制成的批次电池。

2动力电池PACK不一致影响的有效控制措施

2.1生产过程中的质量控制

在生产环节中采用“人机料法环”的方法对电池质量进行把控，根据新能源汽车的需求对电芯进行科学的检测，使其符合相关指标，同时采用合理的连接方式保障电池组内电芯直流内部阻力与温度分布均匀性的曲线一致。另外，为保障动力电池一致性，还需要保障生产模组。

2.2采用分容配组新工艺

传统的设备分容配组忽视了对电流与容量一致性的把控，这使动力电池设备存在充电耗时长、耗电快，且容易升温的问题。而应用分容配组工艺能够有效缩减电流的误差，满足人们对动力电池性能的需求。分容配组工艺更加重视对电池的温度控制、容量测试与内阻测试。

2.3动力电池PACK一致性的控制实现

动力电池PACK一致性的控制实现，还依赖于控制保护板的设计控制。集成电路保护板的参数设计，可以很好的分配控制模组的电压，从而控制模组电池间的平衡，有效监控各个模组间参数。同时还可以可视化了解各个电池组间的参数，直观了解电池充放电参数情况。

2.4后期的应用维护

动力电池PACK一致性的保证与维护不仅需要在电池组组装时严格按照一致性要求完成分档，在后续使用中使用者的维护及检测工作也十分重要。使用者在日常使用时应注重对电池组的保护，尽量降低充电环境的温差变化，根据电池的种类与型号采取正确的充电方法，不耐用充电设备，同时减少恶劣天气时电池的使用。同时，使用者应定期对电池组展开检测，及时排查连接板是否松动、结构是否存在破损等问题，对于存在的问题早发现、早解决。另外过充过放电也是容易对电池产生过度损耗的重要原因，使用者应避免电池长期处于疲劳过载的状态，从而使电池不一致性问题更加严重。

3总结语

当电池被组成为动力电池组时，必须最大程度提高其PACK的一致性才能够最大程度保障动力电池组的使用性能，避免因电池单体不一致而导致电池组的寿命缩短、电性能减弱，甚至严重的还可能引发安全问题。而造成电池单体不一致的原因主要包括两方面，其一是生产制造时单体初始性能的差异，其二是使用时使用条件不一致而导致的性能变化，因此在组成动力电池组时必须根据其单体一致性的要求进行单体分档，最大程度保持其一致性。但是单体电池间的差异性是无法完全消除的，在进行动力电池组组成时一方面要尽可能满足单体一致性的要求，另一方面要通过有效的控制措施降低不一致问题所带来的影响。

参考文献:

[1]熊凯,蒋跃辉.锂离子动力电池组一致性行为数值仿真[J].有色金属工程,2020,10(09):30-36.

[2]杨万里,田凤军,王永忠,张俊飞,周斌,廖晨敏,张琦.纯电动汽车动力电池系统一致性诊断与控制方法研究[J].电池工业,2020,24(01):26-30.

[3]宋超,熊刚,谢勇波,王文明.基于ARIMA模型的动力电池不一致性预警研究[J].控制与信息技术,2019(05):82-87.

[4]陈少辉,熊凯.基于电化学-热耦合模型的动力电池组一致性研究[J].计量与测试技术,2019,46(06):27-29.

[5]张澜.新能源汽车动力电池PACK一致性控制措施[J].南方农机,2018,49(24):57.

[6]杨金亮,刘兴波,刘国庆.动力电池PACK一致性探讨[J].重型汽车,2016(06):19-20.