郎林

摘要：為了提高動(dòng)力電池成組后的一致性，減少容量一致性差的影響，需要在電芯分容時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的定容及分檔。本文通過優(yōu)化分容的測(cè)試條件以及采用階梯放電形式進(jìn)行容量標(biāo)定，進(jìn)而縮小容量測(cè)試結(jié)果離散度，提升容量一致性的評(píng)價(jià)可靠度。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池;一致性;容量分布;分容流程

中圖分類號(hào)：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）14-0046-02

0? 引言

電芯的一致性是評(píng)估動(dòng)力電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在模組/系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將上百支電芯進(jìn)行并串聯(lián)，以達(dá)到整車的需求的電量及電壓平臺(tái)，若電芯的一致性存在差異，會(huì)直接影響到電池系統(tǒng)的性能及使用壽命[1]。尤其是在后期的使用過程中，可能面臨著不同惡劣的使用工況，這樣會(huì)進(jìn)一步加劇這種不一致的問題，帶來整車的性能衰減或者電池的安全問題[2，3]。通常動(dòng)力電池性能參數(shù)的不一致主要是指容量、內(nèi)阻、開路電壓的不一致。目前，大部分的動(dòng)力電池一般可以將內(nèi)阻和OCV值控制在一個(gè)較小的范圍。涉及到電芯容量時(shí)，因?yàn)槠浞植嫉姆秶鄬?duì)較為寬，通常需要在定容后進(jìn)行容量的分檔。然而，電芯在定容過程中所受到的影響因素較多，除了電芯本身的設(shè)計(jì)因素外，外部的測(cè)試溫度、充放電工步、測(cè)試設(shè)備間的電流差異等對(duì)電芯的容量也存在較大的影響[4]。若在電芯的分容配組時(shí)容量存在較偏大，會(huì)帶來的整體容量的降低以及放電末端壓差偏大等一致性的問題[5，6]。因此，本文通過優(yōu)化調(diào)整電芯在定容時(shí)的放電工步，以期望獲得更為貼合實(shí)際放電工況的容量，并降低電芯的成組后的不一致性。

1? 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象為高比能量的61Ah三元軟包動(dòng)力電芯，具體參數(shù)見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

迪卡龍測(cè)試柜MCT100-05-8ME、巨孚高低溫實(shí)驗(yàn)箱MEF1708-007、容量測(cè)試柜。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

不同溫度下放電容量測(cè)試：①0.3C充電至滿電，在目標(biāo)測(cè)試溫度（20℃、25℃、30℃、35℃、40℃）下靜置3h;②按照目標(biāo)測(cè)試倍率（0.7C和階梯放電）進(jìn)行放電。

容量分布測(cè)試：0.3C充電至滿電，在30±5℃下進(jìn)行分容。

2? 分容測(cè)試流程的優(yōu)化

電芯在經(jīng)過化成、常溫靜置后進(jìn)行單體電芯的分容測(cè)試，常規(guī)的分容工序?yàn)椋簡(jiǎn)误w電芯經(jīng)過0.3C恒流恒壓充電，充電時(shí)間設(shè)置230min，上限設(shè)置保護(hù)電壓為4300mV，恒流至0.03C充電截止;再經(jīng)過擱置2min后以0.7C進(jìn)行恒流放電，下線電壓設(shè)置為2750mV;常溫靜置5min后，進(jìn)入到常溫老化的自放電篩選工序。因此，若采用大倍率的放電電流進(jìn)行測(cè)試，無法消除放電末端電池的極化的影響，且不符合電池在低SOC下的低功率放電使用策略。針對(duì)上述的問題，對(duì)電芯在下線分容測(cè)試的放電條件及工步進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，詳見表2。

另外，針對(duì)常規(guī)分容工序，放電測(cè)試時(shí)所得到的放電容量受到放電庫(kù)位溫度差異的影響較大。因此，電芯在測(cè)試時(shí)的若庫(kù)位的溫度分布比較寬，會(huì)造成在容量測(cè)試的結(jié)果差異較大，不利于后期電芯的分容配組。如圖1所示，統(tǒng)計(jì)了部分庫(kù)位的溫度分布圖，內(nèi)部的溫度波動(dòng)范圍相對(duì)比較大，需要對(duì)電芯在分容測(cè)試時(shí)的溫度進(jìn)行控制，以確保電芯容量的測(cè)試值因溫度影響的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。優(yōu)化后分容的測(cè)試的溫度范圍控制在30±5℃，并在放電過程中采用階梯放電策略，減少大電流放電時(shí)的極化及溫升對(duì)放電容量的影響。

3? 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

3.1 溫度對(duì)容量影響

生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取10支電芯，分別測(cè)試其在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃五個(gè)溫度下的放電容量，放電測(cè)試工步分別按照0.7C恒流放電和0.7C-0.3C-0.03C階梯放電，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。對(duì)比相同溫度下恒流放電和階梯流放電的結(jié)果，在末端增加小電流放電可以極大降低溫度對(duì)極化的影響，使得不同溫度下的放電容量差異縮小。從數(shù)據(jù)來看，隨著測(cè)試溫度的升高，電芯的容量差異逐漸縮小，同時(shí)考慮到電芯產(chǎn)線的能耗問題，將電芯的下線的測(cè)試溫度范圍控制在30±5℃。

3.2 測(cè)試工步對(duì)容量分布影響

采用調(diào)整后的分容測(cè)試工步，重新對(duì)一批次的504支電芯進(jìn)行容量測(cè)試，兩種放電工步的容量對(duì)比如圖3所示。從容量分布的測(cè)試結(jié)果來看，采用0.7C-0.3C-0.03C進(jìn)行的階梯放電，測(cè)試所得容量分布比較集中，同一批次電芯的標(biāo)準(zhǔn)差降低了約60%。并根據(jù)優(yōu)化后的分容測(cè)試的結(jié)果，對(duì)電芯的容量進(jìn)行分檔，每個(gè)檔位間隔容量為500mAh。后期采用各檔位的電芯進(jìn)行配組后，可以極大的降低模組/系統(tǒng)端的不一致性。由圖4的容量標(biāo)定值可以看出，按照階梯放電的工步得到的容量值與按照1C恒流放電的容量標(biāo)定值比較接近，可以作為判定1C放電是否可以滿足大于等于61Ah的出貨要求。按照階梯放電所得到的容量分布更為集中，這更有利于電池的配組以及后續(xù)電池的一致性。

4? 總結(jié)

動(dòng)力電池成組后的一致性提升，需要從電芯在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)下的多維度參數(shù)（容量、OCV、充放電曲線等）進(jìn)行評(píng)估。本文從容量測(cè)試端進(jìn)行優(yōu)化，確保每個(gè)電芯的測(cè)試條件相同，縮小其他因素對(duì)容量測(cè)試的影響，提升容量一致性的評(píng)價(jià)可靠度。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝樂瓊，王莉，田光宇，等.鋰離子電池一致性篩選新方法-串聯(lián)充放電篩選[J].電源技術(shù)，2020，044（002）：149-152，226.

[2]Harris S J ， Harris D J ， Li C . Failure statistics for commercial lithium ion batteries： A study of 24 pouch cells[J]. Journal of Power Sources， 2017， 342（FEB.28）：589-597.

[3]何鵬林，喬月.多芯鋰離子電池組的一致性與安全性[J].電池，2010，40（3）：161.

[4]鄭岳久.車用鋰離子動(dòng)力電池組的一致性研究[D].清華大學(xué)，2014.

[5]王正，龐佩佩，趙付雙，等.鋰離子電池串聯(lián)一致性與電壓差的研究[J].電池工業(yè)，2017，21（01）：16-19，29.

[6]王琳霞，尚隨軍，鄭榮鵬.磷酸鐵鋰單體電芯容量篩選方法的研究[J].電源技術(shù)，2010，34（005）：458-459.