『湯叔解惑』如何減小電池一致性對電池壽命和性能的影響?

了解電動車的人都聽說過鋰電池電芯一致性的這個話題。所謂一致性指的是構成電池包的每一個電芯各項性能的一致程度。由於生產和環境對電芯的性能一致性會產生微小的誤差，而這個誤差會直接影響到電池的使用壽命。那麼電芯的一致性是如何影響到電池包使用壽命的？電芯廠商又是通過什麼樣的手段提升電芯一致性的？我們在選購電動車的時候應當注意哪些相關問題？本期來為大家解讀。

如果要用一句話來描述電池的一致性的定義，它指的是同一規格型號的電芯單體組成電池組之後，其電壓、荷電量、容量及其衰退率、內阻、壽命、溫度影響、自放電率等參數存在一定差異的問題。這些關鍵參數的差異主要由兩大因素引起：一個是在製造過程當中，因為工藝的問題和材質的不均勻使得電極板存在厚度、微孔率等關鍵參數方面的微小差異；另一個是在電池組的使用過程當中，電芯單體因環境的變化引起單體退化的差異。

▲採用純電驅動的奧迪e-tron GT

■  電池單體的不一致會給性能造成哪些負面影響？

首先我們要搞清楚電池單體一致性的分類，主要分為：電壓一致性、容量一致性、內阻一致性。

電壓一致性：如果在一個電池組當中，不同電芯的電壓存在差異，特別是對於並聯電路的電池組，高電壓電芯會給低電壓電芯充電，在電池組電路當中行成電流。這個過程會引起能量的損耗。雖然低電壓電池單體容量獲得了小幅的增加，但高電壓電池單體的容量會大幅降低。能量損耗在互充電過程中，影響電池組的對外放電。所以，如果低電壓電池和正常電壓電池共同使用，將成為電池組的負載，影響其它電池的工作，最終影響整個電池組壽命。這也是為什麼我們在使用家用五號電池給用電器供電時，很多電器的說明書上會註明：不要將新舊電池混合使用。也是遵循的電壓一致性的原理。

容量一致性：電池單體的容量不一致會導致個別容量較低的電池率先過度放電，導致電池單體的性能下降，從而影響電池組的容量性能。不過，解決這個問題並不困難，首先可以通過出廠前的分選實驗，最大程度上保證全新電池單體初始容量的一致性。也可以在使用過程中通過單獨對電池單體的充放電來調整單體電池的初始容量，較小電池單體間的初始容量差異。

內阻一致性：中學物理課本裡曾經學過，電池是存在內阻的。所謂內阻，指的是在電池對外放電形成電流迴路時，電池本身是存在電阻的，雖然這個電阻很小，但在長時間大功率持續放電構成中，電池的內阻也是會損耗一部分電流能量的。這也是電池會發熱的原因，由於內阻的存在，把電流這樣的電能轉換成了熱能。電池內阻的不一致會導致每個電池單體在放電過程中熱損失的能量各不相同，從而影響電池單體的能量狀態，也可能會導致電壓的不一致。

由於設計形狀和布置位置的不同，即便出廠時電池單體的一致性很高，實際裝車後也會產生一定的一致性差異

■  使用過程中的防範也是很重要的

     不一致的電池單體可以視為是害群之馬。不僅自身性能下降，還會產生連帶效應，使得整體電池組的性能極速下降。所以提高電池的一致性以及防範在使用過程中因為環境的變化導致的一致性變化，是提高電池包使用壽命和使用性能的重要要素。

■  如何提高電池單體的一致性

有一句話叫做：電池組的一致性是相對的，不一致性是絕對的。也就是說，沒有完全一致的電池組。只能相對的、儘可能的採取辦法提高電池組的一致性，包括：

在生產環節的質量控制：要想電池儘可能達到一致性，對於生產工藝的要求極高。除此之外，對於電池生產廠商來說，出廠前對電池的篩選也是至關重要的。需要對電壓、內阻等關鍵數據進行分析，篩選出相關性良好的電池，使得同一批次的電池儘可能一致。 在電池組使用過程當中，隨時監測電池單體的各項參數，特別是電壓分布情況，對於有差異的電芯單體進行調整或更換。 儘可能保證電芯使用環境的一致性。有些電芯靠近熱源（如靠近電機），有些電芯可通風散熱效果較好，這會導致不同電芯處於不同工作溫度之中，這樣的環境差異會極大程度的造成電芯衰減速度的不一致。所以可以採用水冷電池包，通過冷卻液來均衡各個電池單體的工作溫度。 通過均衡軟體來平衡各個電芯的充放電深度。這個我在之前的專欄中為大家介紹過。通常主機廠的BMS（電池管理系統）當中都會有相應的電池均衡算法。通過軟體控制每一次充放電深度來儘可能達到每個電池單體容量的均衡。 每隔一段時間對電池組進行小電流維護性充電，提高電池組的均衡和電池單體的性能恢復。 對使用過程中容量偏低的電池單體進行單獨充電，儘可能回復其性能。 儘量避免過充過放，以及儘量減少大電流充電（快充）的次數。

如上圖，採用水冷結構的電池包可以極大的平衡每個電池單體的工作溫度，即便在環境溫度變化劇烈的使用過程中也能使其一致性得到保障。

■  對用戶的購買和使用建議

由於電池單體先天的性能差異和後天使用過程中引起的性能差異，會導致整個電池包性能的降低從而影響到續航裡程。所以在選購電動車時除了要看整車品牌還需要關注電池供應商的品牌，對於大供應商來說，由於產量大、單體均攤成本低，所以可以投入更多的成本用於質量控制。除了工藝方面各有所長外，出廠前對電芯的篩選也是必不可少的。

其次，在使用過程中也需要注意電池的特性，儘量避免過度充電和過度放電，並且每隔一段時間一定要進行小電流修復性充電，千萬不要每次充電都使用大電流快充，這樣會讓更快的降低電池的一致性使得電池壽命過早衰減。最後要提醒的就是電池對環境溫度比較敏感，溫度的極具變化也會導致電池單體一致性的下降。注意以上幾點可以儘可能的提高也延長電池的使用壽命，保持健康的放電性能。