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【技术】锂电芯一致性不好 成组还能用吗?

导读: 模组中电芯如果一致性较差,使用同一电流进行充放电时,会造成某些电池的过充或过放,这会大大缩短整体的循环寿命电池,不一致性将导致电池组内其它单体发生多米诺骨牌效应式的连锁反应。如循环寿命1000次左右的电芯,在电池组中的实际循环次数只有200次左右。

  消费类电芯,因为用电器件需要电量相对较小,单体电芯的电量输出基本就能满足要求,所以很少需要几个电芯一起配合使用。单体电芯电量小,遇到电量输出较高的使用场合,比如电动汽车和储能等,就需要很多电芯进行串并联,获得比较高的输出电压/输出电量/输出电流/输出功率等。如下图(图1和图2)一样,很多方形电芯和圆柱电芯(18650)并成一个模组,很多模组再并成一个pack,作为电动汽车的动力来源。网上有人拆解过特斯拉model S,85Kwh的电池包,7104节松下生产的圆柱电芯,每444节一组并联,共16组,组间串联,组成电池包。

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  马斯克敢这么干,不一定谁都可以这么想。首先,松下的小圆柱技术炉火纯青,兼顾成本低廉和性能一致性。有笑话称,如果用两台机器去测试松下的电池,出来的曲线不一样,你首先怀疑的应该是你的测试问题。电池生产工艺复杂,影响电芯一致性的因素繁多,从前至后,除了材料本身的一致性之外,还有诸如配料/搅拌/涂布/冷压/分条/卷绕/注液/化成等。为了提高电池出货一致性,电池厂家还会在化成后增加分选工序,挑选出那些阻值偏移较大/自放电比较严重的电池。电芯一致性如果不好,会严重影响电池使用的寿命,缩短电池包使用年限。单体电芯在经过很多次充放电后,因为表面SEI膜增长/副反应增多/隔离膜孔洞被堵塞等原因,可逆容量会有所衰减,容量衰减到初始容量的80%时,将严重影响电动汽车的设计功能发挥。模组中电芯如果一致性较差,使用同一电流进行充放电时,会造成某些电池的过充或过放,这会大大缩短整体的循环寿命电池,不一致性将导致电池组内其它单体发生多米诺骨牌效应式的连锁反应。如循环寿命1000次左右的电芯,在电池组中的实际循环次数只有200次左右。但是,如果电芯一致性就是不好,成组还能用不?

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  传统的BMS肯定是拒绝的,但是如果是SDB(software defined battery)就不一定了。传统的BMS一根充电线进来,给所有的电池充电/记录/截至,然后再输出。如果电芯一致性较差,上边所描述的那些问题就会一一发生。再进一步,如果我们脑洞再开大一点,我在我的电池包里安装上两种电池,一种用于应对低速巡航时的低倍率放电工况,另一种用于应对高速急停时的高倍率放电工况。不同的电芯体系具有不同的特点,常考虑的能量密度/功率密度/成本/寿命/柔性等指标也是相互冲突,如果需要在同一模组中使用不同体系电芯,搭配出一个综合性能突出的产品,传统的BMS就比较困难了。

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