電池包是由多支電芯經(jīng)過并聯(lián)與串聯(lián)后制成的,放電能量與壓差是衡量
電池包性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。在電性能測試后,部分電池包會出現(xiàn)放電能量不合格的問題,而單串電芯“充高放低”是導(dǎo)致該問題常見的原因之一,本文結(jié)合PACK工藝,對該問題進(jìn)行詳細(xì)介紹。
什么是“充高放低”?
在電池包充放電時,為防止出現(xiàn)單體電芯的過充與過放,BMS會根據(jù)設(shè)定的保護(hù)電壓值各串電芯進(jìn)行電壓保護(hù)。在充電過程中,當(dāng)電池包中存在單串的電芯率先達(dá)到電壓保護(hù)上限時(磷酸鐵鋰電芯通常為3.65V),BMS即切斷電流,電池包結(jié)束充電,率先達(dá)到電壓保護(hù)上限的那一串即為“充高”;同理,在放電過程中,當(dāng)電池包中存在單串的電芯率先達(dá)到電壓保護(hù)下限(磷酸鐵鋰電芯通常為2.3V),BMS亦切斷電流,電池包放電結(jié)束,率先達(dá)到電壓保護(hù)下限的那一串即為“放低”。
因此,電測中所謂的“充高放低”實際是指該兩種現(xiàn)象均發(fā)生在電池包內(nèi)的同一串電芯。單串電芯的“充高放低”是由于該串總?cè)萘康陀谄渌娦緦?dǎo)致的。
為何單串電池總?cè)萘康蜁䦟?dǎo)致“充高放低”?
電壓是電池荷電狀態(tài)(SOC)的外在表現(xiàn)之一。在正常情況下,電池的OCV大小由SOC決定,即電池的SOC與OCV相關(guān), 且SOC∝OCV。SOC越大,OCV越高(不同正極材料的電芯SOC-OCV曲線不同,磷酸鐵鋰電芯存在較長的電壓平臺,非等比例關(guān)系)。
在電池的PACK過程中,為了保證電池的一致性,首先會根據(jù)電壓段對電芯進(jìn)行分選,同個電池包使用的電芯電壓基本一致。因此,在理想狀態(tài)下,各串電芯的初始SOC0可視為一致。
假設(shè)各串的總?cè)萘繛镼,單串電池電性能測試前的初始容量為Q0,因此,其初始SOC0=Q0/Q 。若存在單串的總?cè)萘縌’低于其它串的總?cè)萘縌,由于初始SOC0與其它串一致,因此 其初始容量Q0’低于其他串的初始容量Q0,即:Q’<Q,Q0’<Q0,SOC0’=SOC0。
電池包在充電時,由于各串電池通過的電流是一致的,設(shè)為I。因此,在同樣的時間內(nèi)各串增加的容量也是一致的,設(shè)為I*t,此時其SOC變化如下:
SOC’=(Q0’+I*t)/Q’=SOC0’+I*t/Q’
SOC=(Q0+I*t)/Q= SOC0+I*t/Q
由于Q’<Q,因此,I*t/Q’> I*t/Q,SOC’>SOC,相對應(yīng)的電壓OCV’>OCV(假設(shè)極化電壓基本一致,不做考慮,本文直接使用OCV表示電壓),該串的電壓會率先達(dá)到保護(hù)電壓上限。
同理,電池包在放電時,其SOC變化如下:
SOC’=(Q0’+I*t)/Q’=SOC0’ - I*t/Q’
SOC = (Q0+I*t)/Q = SOC0 - I*t/Q
由于Q’<Q,因此,I*t/Q’> I*t/Q,SOC’<SOC,相對應(yīng)的電壓OCV’<OCV,該串的電壓會率先降到保護(hù)電壓下限。
注:保證電芯初始SOC一致是模組制作的前提,通常采用將電芯放空電,再用恒流定時的充電方法保證電芯的SOC接近一致。
因此,“充高放低”主要是由于單串電池總?cè)萘康蛯?dǎo)致的。在實際PACK生產(chǎn)中,單串電池總?cè)萘康椭饕嬖谝韵略颉?/div>
(1)模組存在虛焊。虛焊是指電芯與極片未焊接在一起的情況,因此在電性能測試的過程中,該支電芯完全未參與充放電。這會直接導(dǎo)致該串電池少一支電芯的容量,電池包出現(xiàn)明顯的“充高放低”。
(2)配組容量不足。由于電池的一致性問題與PACK制程誤差,配組無法保證每串電池的總?cè)萘客耆恢隆R虼,必然會出現(xiàn)總?cè)萘枯^低的串,在各串初始SOC差異不大的情況下,電性能測試會出現(xiàn)“充高放低”。
(3)溫度影響。溫度對于電池的總?cè)萘堪l(fā)揮具有較大的影響,在工作溫度范圍0~60℃內(nèi),溫度越高,總?cè)萘堪l(fā)揮約大。由于電池包模組各異,一般模組邊緣的電池溫度會始終低于模組內(nèi)部的電池溫度,表現(xiàn)為模組溫差。因此,模組不同位置的電芯容量的發(fā)揮會出現(xiàn)一定差異,溫度低的電池因容量發(fā)揮受限而出現(xiàn)“充高放低”問題。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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