电池的一致性问题

电池的一致性指电池成组使用时，电池的各种参数如电压、内阻、荷电量、容量、衰退率、自放电等存在一定差别。实际应用过程中包括物理参数和生产特征的一致性，如是否是同一厂家、同一批次生产的电池等，电池的尺寸、重量、储存环境、历史等的一致性，都会有影响，也包括初期性能的一致性和使用过程中的一致性，初期性能一致性通过电芯的筛选来解决，使用过程中的一致性要通过电池系统的设计和对电池的管理来解决

一致性主要影响电池组的寿命和性能，一致性差，电池组容量达不到要求，使用过程中矮个子一直满负荷甚至超负荷工作，高个子吃不饱，电池组的衰减速度会加快，甚至影响到电池组的正常应用。在此主要介绍如何来保证电池组生产应用过程中初期性能的一致性和使用过程中的一致性。

1.初期性能一致性

对于PACK制造商来说，保证电池的初期性能一致性相当重要，各家有各家的工艺要求，主要就是从电芯的电压、内阻等数据来判断

控制电芯初期性能的一致性，一是通过给电芯厂提要求，二是到货后自己二次分选检测。一些特殊的要求一些电芯厂也不会同意去进行，工艺的改变对他们影响也比较大。

根据容量、平台、内阻、自放电进行分选组合的电池组的寿命比仅根据容量进行分选的电池组的寿命高出近一倍。按照电池的充放电特性曲线进行分类，是最为科学的分类方法，曲线几乎涵盖了电池的全部特性，用特性曲线的一致性进行分选，组合电池的合格率近100%。大多数PACK生产商不具有对电芯全部进行充放电性能测试的能力，最多也只是抽检，所以，对于一致性控制参数的选择、参数值的控制范围等就比较重要。

对于每一批次应用，首先就要求采用同一时间生产的同一批次电芯。可以消除电芯原材料批次不同、电芯储存时间等不同带来的差异

容量偏差：在电池容量检测中，由于检测设备的偏差、各种微观环境条件等的影响，一般认为对同一电池连续检测两次容量差别在2%以内即表示电池容量测试无差别。此偏差也可认为是容量测量的标准误差。容量偏差标准的制定也和电池组装应用、检测手段等有关，例如，有些采用较多小容量电芯并联使用的电池组，对电芯容量的一致性就略宽一些，差别略大对整组的容量影响较小。只有串联的就要对容量一致性要求高一些，在检测误差合理的范围内即可，一般以不超过2%为宜。

自放电的偏差：自放电是对电池组后期应用影响最大的因素，自放电不一致会给后期应用带来很大麻烦。自放电又不可能进行全检，通常通过电压来进行判断。

首先是开路电压，开路电压与电池的荷电量有较大关系。

从电芯SOC与电压的曲线看，要选择曲率最大的点来作为分析点最合适，此时电芯电压发生微小变化，SOC差别最小，或者说荷电量发生微小变化就会引起电压的急剧波动，此时将电芯开路电压定的范围即使较宽一些，电芯荷电量也不会差别太大。而中间平段就不痛，电压有较小差别，荷电量可能会差别很大。对于磷酸铁锂电芯来说，SOC大约在30%以下。电芯由于较长期储存，通常出厂荷电量不能太低，要求控制在30%以下即可。按此控制PACK厂家也好操作。

另外一个是根据电芯搁置一段时间后的电压下降幅度，选择下降幅度一致的电芯，可以代表电芯自放电的大小。但若电芯在荷电量较高情况下、常温搁置，时间也不太长，这个数值变化很小或没有变化。可以通过此方法挑选出少量自放电过大的电芯。0荷电态高温搁置是比较好的方法，但会对电芯寿命有一定影响。此分选通常由电芯厂商在电芯制作过程中完成。

电芯厂家需要提供的另一个数据就是电芯的充电恒流比，这个也可以反应电芯一致性，恒流比差别要小，组合充放电一致性才会高

内阻的偏差：电芯目前生产工艺已经很成熟，测试内阻主要是挑选出异常电芯。容量越大，内阻越小，内阻的测试误差也比较大，内阻分选可以作为一个辅助参数。

PACK厂商通常就通过容量、电压、内阻等数据来进行分选配组，通常容量数据还是电芯厂家提供，自己能测的也只是电压和内阻。其它一些数据可以提要求，让电芯厂家按要求分选控制，但不易过分改变电芯厂的生产工艺

2.应用过程中的一致性

应用过程中的一致性要依靠PACK设计来保证

（1）结构设计的一致性

包括设计和部件精度的控制，如要保证电芯在使用过程中膨胀率的一致性；电芯连接、焊接质量控制等。在电池组设计中，首先要保证在寿命期内电池的机械性能满足使用要求和标准要求，电池组的设计应使各电池受力一致。

（2）使用环境的一致性

关键是温度的一致性。温度对寿命和安全性的影响是最大的。

温度对寿命影响符合Arrhenius公式

温度每升高1℃，失效速度增加约7%。温度每升高10℃其退化速度就增加2倍，5℃的差别电池之间衰减速度差别就达30%。

温度的一致性主要靠电池PACK设计来实现，首先保证产热的一致性，在保证温控的一致性。目前采用液冷的电池包基本上可以保证电池包内温差＜5℃。在多个电池包应用时，还要保证包间温度的一致性，有些电池包安装位置不同，周围环境会对其影响较大，致使包间温差过大。温差越小越好，最基本要控制在5℃以内。

（3）电池的管理

均衡是提高电池使用过程中一致性的重要手段，可以弥补自放电不同带来的一致性差异。目前采用的有主动均衡和被动均衡，主动均衡相对电流大一些，被动均衡电流较小。容量高的电池组需要的均衡电流相对要大。但均衡的可靠性更重要，均衡不可靠反而会使一致性更差。主动均衡的成本要高，可靠性略低一些。

（4）电池与用电系统的匹配问题

电池系统与其应用系统的匹配也是影响蓄电池一致性及使用寿命的重要因素。这种匹配包括电池与充电器之间的匹配；蓄电池组与用电器的匹配等。任何一方面的匹配出现问题，不仅影响正常的应用，还会使电池的不一致性加大或电池间的差异提前出现，影响电池组的使用寿命。

提高蓄电池的一致性是一个系统工程，需要电芯、PACK、管理系统、使用者等共同配合、通力协作，才能更好的提高电池组使用的安全性和产品的寿命。