“对单体电池而言,电压、容量、内阻是核心,提高电池电极放电活性和降低电池内阻是单体电池提高效能永恒的话题。”郑州轻工业学院教授王力臻在2017中国新能源汽车测试评价技术发展高峰论坛上表示。

郑州轻工业学院教授王力臻


动力电池构造方案的几点要求

王力臻表示,动力电池组构造主要有圆柱、软包、方形。其中,圆柱型电池容量一般为几安时,软包电池容量从10到几十安时,硬壳方形电池容量一般为几十到几百安时。他表示,无论哪种电池,正极材料一般为铁锂、三元或者混合型材料。

他表示,无论是卷绕还是叠片,各有其优劣,不能轻易断定哪种方案更好,但都有共同要求。第一,要求正负极片间电场均匀;第二,要求防止内部短路;第三,活性层与集流体之间具有良好结合。他认为,短期来看,国家产业政策导向起到关键作用,长期来看,市场的调节作用将会越来越明显。

王力臻表示,所有用电器具对电池、电池组都有具体要求。第一,要求输出功率,以满足用电器具正常工作的功率;第二,输出能量,主要保证足够的用电时间;第三,安全性,以保证生命与财产安全;第四,电池寿命,既要强调放电过程也要考虑充电过程,也要从热的角度加以管理。

电压、容量、电阻是电池的核心 

王力臻表示,对单体电池而言,电压、容量、内阻是核心,提高电池电极活性和降低电池内阻是单体电池提高效能永恒的话题。

关于电压的多种说法:第一,开路电压。开路电压是状态量,开路电压的概念源自原电池。王力臻表示,在电池成组时要明确荷电状态,他认为,如果两个电池的荷电状态不一致,会一定程度上影响电池放电的一致性。

同时还要明确开路电压是电池的特征参数。王力臻表示,开路电压是电池性能的必要条件,过低的开路电压说明电池存在一定的问题。

第二,工作电压。工作电压与输出功率和输出能量有关。

第三,终止电压。充电终止电压与放电终止电压,对电池组的循环一致性有很大关系。

关于容量问题,王力臻表示,理论容量是法拉第定律的计算值,实际容量指在规定放电条件下释放的能量。他表示,在一定条件下电池要保持电能不损失的能力,但电池充放电过程中容量往往会下降,企业要关注为什么会下降。

王力臻介绍,电池的电阻影响着电池的发热。他表示,电池的内阻对于单电池而言,正极与负极沿着导电方向是一系列电阻之和。

导电颗粒外部实现均匀分布着导电网络,这对于活性层是非常重要的。他表示,内阻的值与荷电状态有关,内阻符合欧姆定律,会因电池或者电极结构因素的变化而变化。

王力臻表示,无论电池多少,都会发热,如果热能积累,会对电池不利,对温度场产生影响。他表示,不同放电条件下,温度场分布不同,随着放电时间的延长,产热越多,因此温度就会积累。

一般而言,相同倍率下,环境温度越低,电池温差越大,要加以均衡进行散热。

王力臻表示,电池组内温度不均匀,电池组内单体电池放电深度不一致,单体电池衰减速度不同,电池组的循环寿命越短。所以,应考虑如何使电池组中的电池实现均匀散热。

温度场的存在不仅会使电流分布不均匀,更主要的是会加剧反应的不均匀。他表示,同一电池同一极片上,不同位置反应的不均衡性的增加又会反过来影响温度分布的不均衡,从而形成恶性循环。

所以,如果电池组合不当,或者组合没有达到相关联的要求时,电池衰减会加剧。王力臻强调,不均匀的温度分布会导致并联支路间电流不均,从而导致单电池容量衰减速率的不一致性。

如何提高电池的一致性 

王力臻表示,根据法拉第定律,电流通过电极发生电化学反应的物质的量与通过电极的量成正比。王力臻强调,在电池生产工艺中,容量分容要体现法拉第定律,否则容易出问题。

关于极群,王力臻表示,并联的目的是实现单体电池容量的提高,所以正极群和负极群分布是关键,在电池的实际设计中也必须考虑。

王力臻表示,每一个反应质点是一致的,极带上的温度才会均匀。他认为,无论是卷绕还是叠片,极间距、电解液的分布等因素,统统会影响单体电池的性能,而单体电池的性能最终会影响到组合的性能。所以,电池组的一致性,必须要考虑单体电池的一致性。

他表示,实际上电池的性能衰减速度也是一致性最重要的内容,因为电池衰减的速度,性能不一致有可能引发诸多安全问题。

王力臻表示,串联的目的在于提高电池组的电压。降低内阻,提高活性是提高输出电流的重要方式,而充放电终止电压的选择对串联影响比较大。

王力臻表示,并联电路要达到的目标是每一支路均分电流的一致性。某种连接方式理论上没有差别,导线是零电阻,但实际存在巨大差别,任何导线都有电阻,甚至连接点处有接触电阻,所以两个电路实现等级均分电流的要求是不一样的。王力臻并不认可并联电路具有容量自均衡能力的说法。

王力臻表示,并联电路要实现每一支路的性能稳定,所以每一支路均分电流是核心。他表示,电阻与电压一致,以保证均分总电流;电压与容量一致,以实现均衡充放电。因为温度影响内阻及电极极化性能,在一定条件下并联比串联精度要求更高。

王力臻表示,工艺工装稳定是单体电池一致性基础,单体电池一致是串联或者并联一致性基础,并联和串联是构成复联的基础,这是环环相扣的,应系统考虑。

 

(来源:电动汽车资源网 淦文珍)


2017年08月22日

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