動(dòng)力電池包，之所以需要管理系統(tǒng)（電氣管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)），一個(gè)重要原因就是應(yīng)對(duì)電芯和模組的不一致性。試想，如果每顆電芯出廠時(shí)都完全一致（容量，電壓，內(nèi)阻，自放電……），并且在使用過(guò)程中也像瑞士鐘表般，彼此之間分毫不差，那么，我們就不必把管理系統(tǒng)搞得這么復(fù)雜了。至少，單體電壓不用測(cè)量了，均衡功能不用做了，溫度傳感器，整個(gè)電池包有一個(gè)就行了。

然而現(xiàn)實(shí)是，每只電芯從出生開(kāi)始就是不同的。使用過(guò)程中它們還會(huì)變得更加不同。本文討論的主題就是動(dòng)力電池單體及其模組的不一致性的成因。

1電芯單體的不一致性成因

鋰電池單體，主要的結(jié)構(gòu)包括正極，正極集流體，負(fù)極，負(fù)極集流體，隔膜和電解液。性能表現(xiàn)的不一致，根源最終都可以挖掘到這些組成部件上來(lái)。

1.1制造過(guò)程

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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第一個(gè)原因，基礎(chǔ)工業(yè)水平?jīng)Q定的材料精度純度的不穩(wěn)定性，帶來(lái)了最終產(chǎn)品性能的不一致。使用不同批次的正極、負(fù)極和電解液，生產(chǎn)的電芯單體，一般是不能混用的。即使分選過(guò)程中的的參數(shù)非常一致，但分選手段基本都不能體現(xiàn)未來(lái)使用一段時(shí)間以后，電芯的狀態(tài)，因而當(dāng)前的處理方式就是避免混合使用。

另一個(gè)原因是電芯生產(chǎn)過(guò)程中的工藝一致性問(wèn)題。電芯生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，大致過(guò)程如下。

整個(gè)過(guò)程中，每一步工序的一致性都非常重要，但最難保障一致性的是涂布工藝過(guò)程，涂層厚度和均勻性以及材料活性都不是機(jī)械手段易于嚴(yán)密把控的，是造成單體差異的主要工序。制造工序中產(chǎn)生的差異，只能在分選工序中盡力彌補(bǔ)。

1.2使用過(guò)程

循環(huán)使用過(guò)程

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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單體在整個(gè)電池包中的位置不盡相同，被包裹在模組中心的單體與身處模組最外層的單體，散熱條件差異巨大；

與模組集流銅排的相對(duì)位置也不可能帶來(lái)單體熱環(huán)境的不一致性。銅排是熱的良導(dǎo)體，散熱能力高于電芯單體。電芯相對(duì)于集流銅排的位置不同就會(huì)造成彼此間散熱條件的不同。

有研究表明，工作過(guò)程中，溫度的不一致會(huì)對(duì)電芯的不一致性產(chǎn)生最為顯著的影響，使得電芯從不一致走向更大的不一致。

不同的熱環(huán)境疊加在一起，導(dǎo)致單體的工作溫度條件存在差異。高溫工作造成借宿劣化，劣化后的內(nèi)阻上升，又會(huì)返回來(lái)提高電芯溫升。熱環(huán)境的不同，是這個(gè)負(fù)反饋的開(kāi)端。

靜置過(guò)程

使用過(guò)程中的靜置，設(shè)想單體身處一輛電動(dòng)汽車(chē)中。停車(chē)狀態(tài)，車(chē)上的所有電力全部斷掉，包括電池包的熱管理系統(tǒng)（如果電池包本來(lái)具備熱管理系統(tǒng)的話），電池包處于自然溫度場(chǎng)中。產(chǎn)生影響的，還是電芯的相對(duì)位置，造成熱環(huán)境不同。

每顆電芯與電池包殼體距離不同，受到外界溫度變化的影響程度就會(huì)存在差異。在達(dá)到熱平衡之前，不同電芯的溫度條件都是不同的。

工作過(guò)的公司曾經(jīng)有這樣一個(gè)要求，如果電芯經(jīng)歷長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)竭_(dá)另一個(gè)組裝地點(diǎn)，一般要求25℃環(huán)境，靜置24小時(shí)以后，再進(jìn)行收貨檢驗(yàn)，目的是為了使得電芯達(dá)到熱均衡和內(nèi)部電化學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定。

靜置過(guò)程中，不同的荷電狀態(tài)，電芯性能參數(shù)的變化趨勢(shì)也存在區(qū)別，比如自放電。

2模組不一致性成因

2.1制造過(guò)程

首先，電芯的不一致性必然會(huì)傳導(dǎo)到模組上。電芯分選的重要性會(huì)第一次在成型后的模組上體現(xiàn)出來(lái)。

其次，電芯單體經(jīng)過(guò)焊接、夾持，串并聯(lián)，連接在一起，形成模組。加工過(guò)程中的工藝不一致，必然會(huì)導(dǎo)致模組與模組之間的不一致。最直觀的表征就是模組的內(nèi)阻。

焊接工藝的不一致，極容易造成焊接電阻的差異。電芯內(nèi)阻的數(shù)量級(jí)是幾或者十幾毫歐，焊接產(chǎn)生電阻的輕微不一致，對(duì)鋰電池模組來(lái)說(shuō)，都不是小問(wèn)題。

再次，模組內(nèi)部、模組之間的連接銅排或者高壓導(dǎo)線，其自身尺寸、連接方式和表面處理也會(huì)對(duì)模組的一致性造成影響，主要體現(xiàn)在模組內(nèi)阻上。采用螺釘連接、壓接還是焊接，除了考慮加工的工藝性，也不能不考慮連接阻值的影響。

2.2模組使用過(guò)程

2.2.1制造過(guò)程中造成的內(nèi)阻不一致，到達(dá)模組應(yīng)用的環(huán)境，會(huì)體現(xiàn)在發(fā)熱量的不一致和電芯端電壓采集結(jié)果的影響不一致上。

阻值不均勻造成發(fā)熱不均勻，不再贅述。本節(jié)表述一下對(duì)電壓采集的影響。電池管理系統(tǒng)采集每一節(jié)電池的端電壓，這里的一節(jié)可以是若干只單體電芯并聯(lián)組成。

用一個(gè)我實(shí)際應(yīng)用到的例子類(lèi)比一下。電壓采集方式是把電壓測(cè)量回路的兩個(gè)采樣點(diǎn)焊接或者用螺釘連接到電芯的兩端，如果遇到模組與模組之間過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)線連接，則需要在導(dǎo)線的兩端都連接電壓采集點(diǎn)（在課本上，我們本來(lái)認(rèn)為，導(dǎo)線上的任何一個(gè)點(diǎn)，電位相同，實(shí)際中并非如此）導(dǎo)線長(zhǎng)度對(duì)電壓采集結(jié)果會(huì)造成影響，可想而知，一個(gè)焊點(diǎn)或者螺釘連接效果的不一致，必然會(huì)帶來(lái)電壓采集結(jié)果的不一致。

理論上的原因大體是這樣的。動(dòng)態(tài)的電芯端電壓采集過(guò)程，電芯可以簡(jiǎn)化成一只理論電壓源和一個(gè)電阻串聯(lián)的電學(xué)模型。當(dāng)回路中有工作電流流動(dòng)，管理系統(tǒng)測(cè)量到的電壓，并非等于電池的開(kāi)路電壓。放電過(guò)程，測(cè)量值是電壓源電勢(shì)與內(nèi)阻端電壓的差；充電過(guò)程，測(cè)量值是電壓源電勢(shì)與內(nèi)阻端電壓的和。

2.2.2電池包不同的裝備位置，使得環(huán)境溫度對(duì)內(nèi)部模組一致性影響不同。有的把電池包安置在車(chē)輛后備箱處，距離地面比較遠(yuǎn)；有的安置在底盤(pán)下，是車(chē)輛位置最低的部件，距離地面非常近；有的混動(dòng)車(chē)輛，電池包位置距離發(fā)動(dòng)機(jī)很近。距離外部環(huán)境，距離熱源條件不同，都會(huì)帶來(lái)電池包內(nèi)不同位置模組溫度條件的差異。

2.2.3不同的連接方式，在使用中，對(duì)模組一致性的影響也是不同的。焊接的連接點(diǎn)，如果表面處理沒(méi)有做好，出現(xiàn)了氧化腐蝕，其電阻自然會(huì)增大。而沒(méi)有銹蝕的焊點(diǎn)，電阻會(huì)與銹蝕的焊點(diǎn)不同，焊點(diǎn)內(nèi)阻與電芯內(nèi)阻的相對(duì)影響也發(fā)生了變化。

如果采用螺釘連接，一般要求選擇防松螺釘。在高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)上，各種頻率的震動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生，負(fù)責(zé)電連接的螺釘松脫，輕則造成內(nèi)阻變化，重則造成系統(tǒng)報(bào)警甚至斷電。