单体电池不一致性所带来的一系列问题

1、单体电池不一致性的问题如下图所示，单体电池标称电压为 3.2V内阻为10mQ，容量为10Ah，图中所示为恒流充电 阶段，其中电池的内阻为直流内阻而非交流内阻。在理想状态下，单体之间是一致的， 则通过基本的电路运算可以得到所有的电池 所附加的电压都是：3.2V+0.01 QX 2A=3.22V这样是没有任何问题的。实际生产的电芯，每个电池的实际电压有一定的差别，内阻也有一定的差距 在电池荷电量在 10%-90%状态下电池的直流内阻荷和开路电压的变化值一般不 大不会对整个电路产生较大的变动单体电池之间的电压也比较均衡。 电池各个参 数变化最明显就是在充电末期（SOC90%以上时）和放电末期（SOC

2、小于10%） 电池的电压和直流内阻都会发生明显的变化， 而且不同的电池变化幅度也不一样， 这就直接扩大了电芯之间的差异， 电压分布更加不均匀了， 这种不均匀的现象在 电池组初期使用过程中并不十分明显， 随着循环次数的增加， 差异在扩大， 比如 说第一个电池的内阻扩大到 30mQ ，这样的内阻值并不是比较大的数字，但这个 电池的电压就比其他电池多出来 0.04V。在实际的电池组使用过程中单体容量差距对电池组的寿命影响是巨大的，因 为电池的荷电状态和内阻有最直接的关系， 在充电过程中，其他电芯都充到了9 0%而某个电芯容量比其他电芯要少一些，这样它的SOC则能够达到9 5%, 我细细考察一下一个单

3、体充放电曲线， 看看90% 和 95%到底相差多大的电压： 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

4、， 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

5、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

6、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。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.t o ji e k ogfljir