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木桶能盛多少水,是靠最短的那一块木板来决定的。这就是“木桶原理”。把锂电池组想象成一个木桶,电芯想象成木桶的木板,最短的木板决定了木桶的蓄水量。同理锂电池组的性能也由性能最差的电芯决定。
锂电池组在PACK中,电芯的一致性非常重要。电芯一致性差的电池组容量、循环寿命以及充放电特性等性能会受到一定的影响。随着锂电池组循环次数增加,这种影响也将越来越大。这个“木桶原理”它的影响到底有多大呢?
锂离子电池组PACK,遵循“木桶原理”
锂电池组由BMS(智能保护板,有主动均衡功能)控制。锂电池组的BMS是有单个电芯过充跟单节过放保护的,以保护锂电芯在安全可靠的电压范围进行充放电,避免电芯在过充或者过放时影响锂电池组整体性能寿命,甚至导致安全隐患。
一致性在锂电池组放电时的影响
如三元锂电池,单体放电截止电压为2.5V,BMS一般会设置单体过放保护为2.6V。锂电池BMS的保护管理机制是,锂电池组中任意一串电池电压到达2.6V时,将开启过放保护,放电MOS管或继电器会断开,整组电池组停止放电。
以三元锂电池组5串1并为例。假设,5颗三元锂电池中,容量最低的1颗电芯是2000mAh,而其他4颗电芯容量都是2500mAh。锂电池组放电时,这5颗电芯同时在放电,电芯的电压随着容量的减少而下降。当容量较低的一颗电芯2000mAh放电结束时,电芯电压会到达2.6V,而电池组中其他4颗电芯2500mAh的容量还有剩余,电压在3.0V以上,但这时BMS已经检测到了电池组有一串电压到达2.6V,开启了电池组过放保护,整组电池组停止放电。这样就导致了整个电池组的放电容量只有2000mAh。
一致性对电池组充电时的影响,也类似放电时的状况
三元锂电芯单体充满电压4.2V,锂电池组BMS设置单体过充保护在4.25V,电芯的电压随着容量增加而升高,当容量较低的一颗电芯2000mAh充电完成时,电池电压到达4.25V,而其他9颗电芯还未充满电压处于4.1V以下,但BMS已经检测到有一串电压高于4.25V,就启动了电池组过充保护,整组电池组停止充电。这样就导致电池组只充电了2000mAh。
就是这样引发了“木桶效应”,容量最低的电芯,决定了电池组的充电容量以及放电容量。
一致性对锂电池组的循环寿命以及充放电特性的影响,也是一样遵循了“木桶原理”,电池组中循环寿命和充放电特性最差的一颗电芯,决定了电池组的整体性能。
电池组的一致性该怎么控制呢?
锂电池组的一致性包括了开路电压、容量、内阻。更加深层次的,还包括了K值(自耗电)、循环寿命、充放电特性等。
锂电池组在PACK前,都会对电芯进行分选配组。配组的标准一般是:容量控制在1%之内;电压差值3mV;内阻差值2mΩ之内。
至于K值,循环寿命跟充放电特性等,这些一致性的因素,需要在电芯的源头来控制,比如同批次生产的电芯材料体系需要一致,电芯批量生产的不良率控制,电芯批量生产的标准化,自动化的控制等等。
总结:
控制好锂电池组中电芯的一致性,让锂电池组在“木桶原理”的影响下,发挥性能到极致吧!
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