鉅大LARGE | 點擊量：484次 | 2022年03月07日
鋰離子動力鋰電池系統組合過程你知多少？
“對單體電池而言，電壓、容量、內阻是核心，提高電池電極放電活性和降低電池內阻是單體電池提高效能永恒的話題。”鄭州輕工業學院教授王力臻在2017中國新能源汽車測試評價技術發展高峰論壇上表示。
動力電池構造方案的幾點要求
王力臻表示，動力電池組構造主要有圓柱、軟包、方形。其中，圓柱型電池容量一般為幾安時，軟包電池容量從10到幾十安時，硬殼方形電池容量一般為幾十到幾百安時。他表示，無論哪種電池，正極材料一般為鐵鋰、三元或者混合型材料。
他表示，無論是卷繞還是疊片，各有其優劣，不能輕易斷定哪種方案更好，但都有共同要求。第一，要求正負極片間電場均勻；第二，要求防止內部短路；第三，活性層與集流體之間具有良好結合。他認為，短期來看，國家產業政策導向起到關鍵作用，長期來看，市場的調節作用將會越來越明顯。
王力臻表示，所有用電器具對電池、電池組都有具體要求。第一，要求輸出功率，以滿足用電器具正常工作的功率；第二，輸出能量，主要保證足夠的用電時間；第三，安全性，以保證生命與財產安全；第四，電池壽命，既要強調放電過程也要考慮充電過程，也要從熱的角度加以管理。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
電壓、容量、電阻是電池的核心
王力臻表示，對單體電池而言，電壓、容量、內阻是核心，提高電池電極活性和降低電池內阻是單體電池提高效能永恒的話題。
關于電壓的多種說法：
第一，開路電壓。開路電壓是狀態量，開路電壓的概念源自原電池。王力臻表示，在電池成組時要明確荷電狀態，他認為，如果兩個電池的荷電狀態不一致，會一定程度上影響電池放電的一致性。
同時還要明確開路電壓是電池的特征參數。王力臻表示，開路電壓是電池性能的必要條件，過低的開路電壓說明電池存在一定的問題。
第二，工作電壓。工作電壓與輸出功率和輸出能量有關。
第三，終止電壓。充電終止電壓與放電終止電壓，對電池組的循環一致性有很大關系。
關于容量問題，王力臻表示，理論容量是法拉第定律的計算值，實際容量指在規定放電條件下釋放的能量。他表示，在一定條件下電池要保持電能不損失的能力，但電池充放電過程中容量往往會下降，企業要關注為什么會下降。
王力臻介紹，電池的電阻影響著電池的發熱。他表示，電池的內阻對于單電池而言，正極與負極沿著導電方向是一系列電阻之和。
導電顆粒外部實現均勻分布著導電網絡，這對于活性層是非常重要的。他表示，內阻的值與荷電狀態有關，內阻符合歐姆定律，會因電池或者電極結構因素的變化而變化。
王力臻表示，無論電池多少，都會發熱，如果熱能積累，會對電池不利，對溫度場產生影響。他表示，不同放電條件下，溫度場分布不同，隨著放電時間的延長，產熱越多，因此溫度就會積累。
一般而言，相同倍率下，環境溫度越低，電池溫差越大，要加以均衡進行散熱。
王力臻表示，電池組內溫度不均勻，電池組內單體電池放電深度不一致，單體電池衰減速度不同，電池組的循環壽命越短。所以，應考慮如何使電池組中的電池實現均勻散熱。
溫度場的存在不僅會使電流分布不均勻，更主要的是會加劇反應的不均勻。他表示，同一電池同一極片上，不同位置反應的不均衡性的增加又會反過來影響溫度分布的不均衡，從而形成惡性循環。
所以，如果電池組合不當，或者組合沒有達到相關聯的要求時，電池衰減會加劇。王力臻強調，不均勻的溫度分布會導致并聯支路間電流不均，從而導致單電池容量衰減速率的不一致性。
如何提高電池的一致性
王力臻表示，根據法拉第定律，電流通過電極發生電化學反應的物質的量與通過電極的量成正比。王力臻強調，在電池生產工藝中，容量分容要體現法拉第定律，否則容易出問題。
關于極群，王力臻表示，并聯的目的是實現單體電池容量的提高，所以正極群和負極群分布是關鍵，在電池的實際設計中也必須考慮。
王力臻表示，每一個反應質點是一致的，極帶上的溫度才會均勻。他認為，無論是卷繞還是疊片，極間距、電解液的分布等因素，統統會影響單體電池的性能，而單體電池的性能最終會影響到組合的性能。所以，電池組的一致性，必須要考慮單體電池的一致性。
他表示，實際上電池的性能衰減速度也是一致性最重要的內容，因為電池衰減的速度，性能不一致有可能引發諸多安全問題。
王力臻表示，串聯的目的在于提高電池組的電壓。降低內阻，提高活性是提高輸出電流的重要方式，而充放電終止電壓的選擇對串聯影響比較大。
王力臻表示，并聯電路要達到的目標是每一支路均分電流的一致性。某種連接方式理論上沒有差別，導線是零電阻，但實際存在巨大差別，任何導線都有電阻，甚至連接點處有接觸電阻，所以兩個電路實現等級均分電流的要求是不一樣的。王力臻并不認可并聯電路具有容量自均衡能力的說法。
王力臻表示，并聯電路要實現每一支路的性能穩定，所以每一支路均分電流是核心。他表示，電阻與電壓一致，以保證均分總電流；電壓與容量一致，以實現均衡充放電。因為溫度影響內阻及電極極化性能，在一定條件下并聯比串聯精度要求更高。
王力臻表示，工藝工裝穩定是單體電池一致性基礎，單體電池一致是串聯或者并聯一致性基礎，并聯和串聯是構成復聯的基礎，這是環環相扣的，應系統考慮。
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