作者：黄燕琴 聂金泉 王敖 刘建强 李银银
来源：《时代汽车》2022年第05期
摘 要：鋰离子电池是电动汽车的关键部件之一，电池组作为电动汽车的供能部分，对 整车性能起到决定性作用。本文首先剖析了电池一致性的产生机理及其表现形式。其次，针对锂离子电池安全性、使用寿命以及容量衰减等方面的问题，从电池不一致性评价方法和改善不一致性的措施展开分析。电池不一致性评价方法主要有单参数评价、多参数评价、动态特性评价的一致性评价方法。改善不一致性的措施主要有提高制造工艺和改进原材料水平，保证单体电池出厂时的一致性;电池成组使用前对电池进行选配，以减小单体电池初始差异;利用均衡技术减小各电池单体间的能量差异，进而提高电池组的一致性;利用电池热管理技术降低温度对电池一致性的影响，进而提高电池的使用寿命。最后，对改善一致性的措施进行了展望。 关键词：锂离子电池 不一致性 电动汽车
Review on Inconsistent of Lithium-ion Batteries
Huang Yanqin，Nie Jinquan，Wang Ao，Liu Jianqiang，Li Yinyin
Abstract：Lithium-ion battery is one of the key components of electric vehicle. As the energy supply part of electric vehicle， battery pack plays a decisive role in the perfor
mance of the whole vehicle. In this paper， the mechanism and manifestation of battery inconsistency are analyzed. In view of the problems of safety， service life and capacity attenuation of lithium-ion battery， the evaluation method of battery inconsistency and the measures to improve inconsistency are analyzed. The evaluation methods of battery inconsistency mainly include single parameter evaluation， multi-parameter evaluation and dynamic characteristic evaluation. The main measures to improve the inconsistency are to improve the manufacturing process and raw material level to ensure the consistency of the single cell when it leaves the factory， to reduce the initial difference of the single cell before the battery is used in groups， and to reduce the energy difference between the cells and improve the battery consistency.设备故障诊断系统
Key words：lithium-ion battery， inconsistency， electric vehicles
锂离子电池（Lithium-ion battery，LIB）具有高能量密度、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛应用于电动汽车和储能等民用领域[1]。受限于单体电池制造技术 ，通常在组成动力电池组时需要将多个单体电池进行串联或者并联才能达到汽车实际性能需求，而动
力电池组中各个单体电池之间会存在一些差异，称之为一致性问题[2]。并且随着单体电池数量的增加，使得电池一致性问题尤为突出。一致性问题引起电池使用寿命缩短、电池组性能和安全性降低等一系列问题，电池的一致性问题成为动力电池发展的制约瓶颈[3]。
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单体电池的不一致性主要来源于制造或存储过程和使用过程[4]。生产过程中经常通过对制造工艺精度的控制来间接缩小不一致性，但这只能减小初始参数差异，而不能彻底消除。电池的一致性具有传递性和累积性，受众多因素交互影响，使用过程中初始参数的细微差别会被无限放大。可以从电池生产环节、电池分选、电池均衡、动力电池热管理等方面联合入手，改善这种情形。
本文作者从不一致性产生机理及表现形式、不一致性的评价方法、改善不一致性的措施等方面，对国内外电池不一致性研究进行综述，并做了相应的展望。
1 不一致性产生机理及表现形式
1.1 不一致性产生原因
电池的不一致性可以根据电池处在不同状态进行分类，在产生或存储中出现的不一致
性被称作为静态不一致性，而在使用过程中出现的不一致性则被称为动态不一致性[5]。静态不一致性受到生产装配技术、生产工艺、存储环境及存储时的自放电程度等的影响。动态不一致性受到电池内阻、充放电工况、容量、电压和自放电速率、温度、电池外电路连接方式、BMS 输入电路等多方面的影响，如图1所示。实际中，电池组各个单体电池各方面初始性能有着不可避免的差异，这就导致了在相同的电流激励下，各个单体的工作状态存在的各种差异，同时引起性能差异逐渐变大，引起了串联电池组的“恶性循环”。部分单体电池的性能变差，导致其容易充满，存储电量变少，从而影响整个电池组的性能，性能差的单体电池，就像木桶的短板，会直接对电池组的循环使用寿命造成严重的影响。
1.2 不一致性表现形式
电池不一致性主要体现在容量、SOC、自放电率、内阻、电压等的差异。
1.2.1 容量不一致
容量指的是电池组的最大可用容量。电池容量受到温度、放电倍率、循环次数、电池内部参数差异等因素的影响。文献[6]的研究表明单体电池容量差异性存在正态分布的特点。
文献[7]的研究表明电池组的容量比单体电池中的最小容量更低。电池组容量由所有单体电池中当前可放电最小电量和可充电最小电量的电池决定。
1.2.2 内阻不一致
电池的内阻直接影响电池外在参数差异，电池内阻主要包括欧姆内阻和极化内阻[8]。在循环充放电过程中各单体内阻大小可反映出单体间的一致性，所有单体内阻分布越集中其一致性越好，反之越分散其一致性越差。内阻也会受到电池所处环境温度的影响，内阻的不一致性体现了电池的能量损耗，也会反映到电池组的不一致性。文献[9]对多个动力电池的阻抗测试发现同一厂家的单体电池存在不一致性，不同厂家的电池不一致性更明显。文献[10]利用桥接于锂离子电池组内的电容电流特性检测锂离子电池组中各单体内阻一致性，且该方法能够准确定位不一致单体的位置。
1.2.3 电压不一致
snis872 电压的不一致性主要表现在开路电压不一致和工作电压不一致[11]。电池多数情况都是处于工作状态，电池的工作电压的变化可以反应电池的内阻变化，工作电压的参数差异织物整理剂
也可以体现电池组内各个单体电池的劣化程度，因此工作电压对于电池的动态一致性评价有着重要作用。文献[12]中进行了实车验证，发现锂电池组的电压不一致性呈现近似正态分布。文献[13]对磷酸铁锂电池电压一致性改善的研究表明，环境温度控制在25～45℃为宜，以35℃附近最佳，结合分容放电后以小倍率电流续放电或微补电的方式，可以使电压一致性显著提升。
1.2.4 自放电率不一致
自放电指的是电池在存储过程中，其内部能量自然损耗的现象，主要表现随着存储时间的增加，能量流失增加，开路电压下降。自放电率主要受到电池材料、制造工艺、储存条件等的影响。研究表明自放电率也近似于正态分布规律。
1.2.5 SOC不一致一次性纸碗
电池的SOC差异是多个因素耦合作用产生的，SOC能够综合描述电池的工作电压和内阻变化[5]。充放电时，SOC是引起电池电压、内阻等一致性差异的主要原因，SOC不同还会造成电池温度的差异。
2 电池组不一致性评价方法
一致性评价方法关键是选择出合适的能反映电池综合性能的一致性评价参数。主要有基于电压、容量、内阻等参数的锂电池组一致性评价，分为单参数评价、多参数评价、动态特性评价方法[14]。
2.1 单参数评价法
单参数评价法仅选择某一个参数来评价一致性，无法反映电池的真实状况，主要集中在电压、荷电状态和容量的分析方面。
2.1.1 基于工作电压的评价方法
利用电池工作电压评价电池组的一致性主要通过电压标准差以及电压极差进行评价，计算方程为：
电压标准差越大说明电池组的一致性越差，电压极差越小说明个别电池的差异性越小[15]。电池的工作电压会受到电流、温度等的影响，使得基于工作电压的评价方法结果不准确。
2.1.2 基于SOC的评价方法
利用电池SOC评价电池组的一致性主要通过SOC标准差和极差进行评价[14]，计算方程为：
SOC标准差越小则电池组的一致性越好，SOC极差越大则个别电池的差异越大[15]。SOC 综合电池的各个参数，可以反映更多的电池信息。相较于单独使用工作电压评价的方法，利用SOC评价的方法更加合理。文献[16]提出了将SOC和电压作为电池组一致性评价参数的模型。针对所提出模型中存在误差、适用性差等问题做出新的评价，文献[17]提出一种分段SOC一致性模型，将电池的充放电情况分为三段进行评价，结果表明该一致性评价模型的评价效果更好。
