鋰離子電池的一致性與動力電池系統(tǒng)的壽命和質(zhì)保
鋰離子電池一致性主要指單體電池性能的一致特性,包括電池外特性的一致性(電壓、電流、內(nèi)阻),內(nèi)特性的一致性(容量、功率、能量)。其主要特點,是由化學(xué)性能決定了電性能特性。鋰離子電池一致性貫穿了從電芯的生產(chǎn)到電芯應(yīng)用環(huán)節(jié)的串聯(lián)成組及系統(tǒng)、客戶應(yīng)用環(huán)節(jié),直到后期的梯級利用,每個環(huán)節(jié),都需要圍繞其付出努力,包括成本的投入。
所以,我從設(shè)計的角度劃分了一下:前一致性,主要指電芯從材料開始生產(chǎn)過程,如材料的采購、混料、涂布、烘干等生產(chǎn)環(huán)節(jié),直到化成老化出廠。
后一致性主要指成組的設(shè)計過程,主要包括電芯從串聯(lián)成組開始,直到包體、系統(tǒng),從熱、機(jī)、電等多方面設(shè)計因素來確保系統(tǒng)電性能的高度一致性。
一方面這是通過Module和Pack工廠進(jìn)行控制的。
另一方面靠內(nèi)部的熱管理和均衡來進(jìn)行調(diào)整。
其實這里還需要追加一個環(huán)節(jié),那就是應(yīng)用一致性,包括車輛主要使用區(qū)域、客戶駕乘習(xí)慣等。這里我們重點來討論,作為設(shè)計人員可以把控的重點環(huán)節(jié),前、后一致性的保證以及如何影響電池系統(tǒng)的壽命、質(zhì)保因素。
從參數(shù)分解來看,以上部分是原因,衡量離散度,是根據(jù)電芯企業(yè)出廠和Pack企業(yè)進(jìn)廠和出廠檢測以及后續(xù)跟蹤統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行實現(xiàn)的。
前一致性精益求精,后一致性科學(xué)控制
電芯成組的主要目的,提升容量,提升能量,歸根到底就是提升電壓、提升電流。一方面適應(yīng)整車對能量、功率的需求;一方面直接匹配電驅(qū)動系統(tǒng)。同時,在串聯(lián)提升電壓的過程,又符合“木桶”原理(以性能最低電芯為容量、功率、能量的計算)。所以,性能最好的電芯與性能最低的電芯差距越小,性能釋放最充分,也是最有利于能源的有效利用。但是隨著系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)增加、時間增加,這個差距會變得越來越大,直到容量低于出廠時的標(biāo)稱容量的80%、70%這個界限,從功率、電量無法滿足整車需求的動力性、行駛里程而壽命告終。下面我們從一組各個廠家對車輛產(chǎn)品的質(zhì)量保證承諾可窺一斑。
國外電池質(zhì)保(僅做參考,以車輛使用手冊為準(zhǔn)) |
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Tesla 電池質(zhì)保期 |
標(biāo)配版 |
10萬英里(16萬公里) |
電池容量>70% |
高配版 |
12萬英里(19.2萬公里) |
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VOLT |
8年或10萬英里(16萬公里) |
電池容量>60% |
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LEAF |
8年或10萬英里(16萬公里) |
電池容量>66% |
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國內(nèi)電池質(zhì)保 (僅做參考,以車輛使用手冊為準(zhǔn)) |
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ERX5 (上汽榮威) |
8年或10萬英里(16萬公里) |
5年10萬公里 電池容量>80% |
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8年20萬公里 電池容量>70% |
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宋EV300 (比亞迪) |
6年 |
電池容量>80% |
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電芯終身質(zhì)保 |
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上述所列案例說明,廠家何來質(zhì)保底氣?主體是電芯本體一致性已非常優(yōu)秀(前一致性),加上成組、成系統(tǒng)后的結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱管理、電池系統(tǒng)管理、可靠的電器元件等集成設(shè)計的科學(xué)控制(后一致性),電池系統(tǒng)自然可以完美的配合整車達(dá)到壽命的要求。同時,像Tesla 的底氣還來自于其前期產(chǎn)品model S Model X 運行數(shù)據(jù):車輛里程達(dá)到15萬英里(24萬公里)大部分的車輛電池?fù)p失不到10%。
前一致性如何控制
前一致性控制的幾個關(guān)鍵因素:入口的材料、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝、測試、老化方法及時長、篩選工藝等,越是在前端,投入的成本越低,后端越容易控制、分選。
后一致性如何控制
終生保用
電芯的終生保用,除了是廠家更多的市場營銷成份之外,從技術(shù)角度,還需要有一個明確的質(zhì)保描述。否則就是一本糊涂帳。反而降低了客戶對品牌的認(rèn)可度。任何產(chǎn)品都是有使用期限的。沒有量化的質(zhì)保是一筆糊涂帳,最終無法真正意義取得客戶的信任。
小結(jié):
電池的一致性,是一個永遠(yuǎn)無法完全解決的難題。但是可以通過各種技術(shù)及控制手段,提升一致性的高度,提升可利用電量,也是資源的有效利用。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:平全文
責(zé)任編輯:繼電保護(hù)
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