锂电池不一致性对包装袋的危害及对策

电池性能的不一致性在生产过程中形成，并在使用过程中加深。在同一个电池组中，较弱的电池会持续减弱，劣化速度更快。单个电池之间的参数差异会随着老化而增大。

锂离子电池已经牢牢占据了电动汽车动力行业的主导地位，具有使用寿命长、能量密度高的特点，而且还有很大的改进潜力。安全性可以提高，能量密度可以继续增加。在可预见的未来（2020 年左右），它们有望在续航里程和成本效益方面与汽油车相媲美，进入电动汽车的第一个成熟阶段。不过，锂电池也有自己的隐忧。

1、为什么大多数锂电池都很小？

我们看到的锂电池--圆柱形电池、袋装电池、方形电池--一般都很紧凑，没有传统铅酸电池的笨重。这是为什么呢？

锂电池具有高能量密度，但在设计上往往不适合大容量使用。铅酸电池的能量密度约为 40 瓦时/千克，而锂电池的能量密度已超过 150 瓦时/千克。能量密度的增加提高了安全要求。

首先，能量过高的锂电池在发生事故时可能会导致热失控，由于无法快速消散多余能量，会引起快速而危险的内部反应。特别是在安全技术和控制能力尚未充分发展的情况下，每块电池的容量都应受到限制。

其次，锂电池外壳的能量一旦在事故中释放，消防员和灭火剂就无法进行有效干预。他们只能隔离现场，让电池做出反应，直到能量耗尽。

当然，锂电池有多种安全措施。以圆柱形电池为例：

当内部反应和气体生成超过正常限度，压力达到预设值时，安全阀会自动释放压力。当安全阀打开时，电池将完全失效。

安装在某些电池中的热敏电阻在一定温度下会因过热而使电阻急剧增大，从而减少电流并防止温度进一步升高。

配备过流保护功能的保险丝可在发生过流风险时断开电路，防止发生灾难性事故。

2、锂电池一致性问题

由于无法制造大型单体电池，锂电池通常由无数个相互配合的小型电池组成。然而，这也带来了一个挑战：一致性。

在我们的日常经验中，两节干电池连接在一起就能为手电筒供电，而无需考虑它们的一致性。然而，在大规模锂电池应用中，情况就不那么简单了。

锂电池参数不一致主要是指容量、内阻和开路电压的变化。同时使用参数不一致的电池会导致以下问题：

（1），容量损失：当不同容量的电池串联在一起时，整个电池组的容量由最低容量的电池决定。为了防止过充电和过放电，电池管理系统会在放电过程中最弱电池的电压达到截止电压时停止放电，或在充电过程中最高电池的电压达到截止电压时停止充电。因此，较小的电池总是能完全充放电，而较大的电池只能部分利用，导致电池组容量利用不足。

（2），寿命缩短：电池组的寿命取决于寿命最短的电池，而寿命最短的电池很可能是容量最小的电池。容量较小的电池在每次充满电和放电时都会承受更大的压力，更有可能首先到达寿命终点，导致整个电池组过早失效。

（3），内阻增大：不同内阻的电池在承载相同电流时会产生不同的散热量。高内阻会导致温度升高，加速电池老化。内阻与温度之间的关系形成了一个负反馈回路，加速了内阻较大的电池的老化。

这三个参数并非完全独立。内阻较大的电池往往也会出现较大的容量衰减。目前，工程师主要从三个方面解决电池不一致的问题：电池分拣、分组后的热管理，以及当少量电池出现不一致时的平衡功能。

3、如何解决不一致问题

电池性能的不一致性在生产过程中形成，并在使用过程中加深。在同一个电池组中，较弱的电池会持续减弱，劣化速度更快。单个电池之间的参数差异会随着老化而增大。目前，工程师主要从三个方面解决电池不一致性问题：电池分类、分组后的热管理，以及当少量电池出现不一致性时的平衡功能。

(1)、分类

不同批次的电池最好不要放在一起使用。即使是同一批次的细胞也需要进行筛选，以便将参数相对相似的细胞分到同一个电池组中。分选的目的是选出参数相似的电池。分拣方法已研究多年，主要分为两类：静态分拣和动态分拣。
静态分拣包括根据开路电压、内阻和容量等特征筛选电池，使用统计算法设定分拣标准，并将同一批电池分成若干组。

动态分拣包括根据电池在充放电过程中的表现对其进行筛选。有些方法使用恒流-恒压充电，有些则使用脉冲放电-充电循环或比较充放电曲线。

动态和静态分拣相结合的方法是，首先使用静态分拣对细胞进行分组，然后使用动态分拣进一步细化分组。这种方法可以获得更多的分组，准确率更高，但也会增加成本。

这说明了大规模生产在锂电池行业的重要性。大规模生产可以让制造商进行更精细的分类，从而生产出性能更稳定的电池组。如果产量太小，需要的组数太多，即使是最好的方法也会失效。

(2)、热管理

为了解决内阻不一致的电池产生不同热量的问题，我们引入了热管理系统来调节整个电池组的温差，使其保持在较小的范围内。发热量较大的电池单元仍然会出现较高的温度，但电池单元之间的温差会降到最低，从而防止电池退化程度出现明显差异。

(3)、平衡

如果个别电池总是先于其他电池达到充电截止电压，从而降低了电池组的有效容量，电池管理系统（BMS）就会加入平衡功能。当一个电池比其他电池更早达到截止电压，表明已充满电，而其他电池则落后时，BMS 就会启动充电平衡功能。这可能包括对过度充电的电池放电，或将能量转移到电压较低的电池上，从而使充电过程得以继续，并增加电池组中存储的能量。

迄今为止，电池不一致性仍是业界研究的一个重要领域。尽管锂电池的能量密度很高，但不一致性会大大降低电池组的容量和性能。