鉅大LARGE | 點擊量:918次 | 2021年04月21日
詳解鋰離子電池的一致性與動力鋰電池系統(tǒng)的壽命和質保
鋰離子電池一致性重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、內阻),內特性的一致性(容量、功率、能量)。其重要特點,是由化學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)到電芯應用環(huán)節(jié)的串聯(lián)成組及系統(tǒng)、客戶應用環(huán)節(jié),直到后期的梯級利用,每個環(huán)節(jié),都要圍繞其付出努力,包括成本的投入。
所以,我從設計的角度劃分了一下:前一致性,重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。
后一致性重要指成組的設計過程,重要包括電芯從串聯(lián)成組開始,直到包體、系統(tǒng),從熱、機、電等多方面設計因素來確保系統(tǒng)電性能的高度一致性。
一方面這是通過Module和Pack廠進行控制的。
另一方面靠內部的熱管理和均衡來進行調整。
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%
其實這里還要追加一個環(huán)節(jié),那就是應用一致性,包括車輛重要使用區(qū)域、客戶駕乘習慣等。這里我們重點來討論,作為設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)電芯公司出廠和Pack公司進廠和出廠檢測以及后續(xù)跟蹤統(tǒng)計參數(shù)進行實現(xiàn)的。
前一致性精益求精,后一致性科學控制
電芯成組的重要目的,提升容量,提升能量,歸根到底就是提升電壓、提升電流。一方面適應整車對能量、功率的需求;一方面直接匹配電驅動系統(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)新增、時間新增,這個差距會變得越來越大,直到容量低于出廠時的標稱容量的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)品的質量保證承諾可窺一斑。
國外電池質保(僅做參考,以車輛使用手冊為準)
Tesla電池質保期
標配版
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)
VOLT
8年或10萬英里(16萬公里)
電池容量>60%
LEAF
8年或10萬英里(16萬公里)
電池容量>66%
國內電池質保(僅做參考,以車輛使用手冊為準)
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%
8年20萬公里
電池容量>70%
宋EV300
(比亞迪)
6年
電池容量>80%
電芯終身質保
上述所列案例說明,廠家何來質保底氣?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)后的結構設計、熱管理、電池系統(tǒng)管理、可靠的電器元件等集成設計的科學控制(后一致性),電池系統(tǒng)自然可以完美的配合整車達到壽命的要求。同時,像Tesla的底氣還來自于其前期產(chǎn)品modelSModelX運行數(shù)據(jù):車輛里程達到15萬英里(24萬公里)大部分的車輛電池損失不到10%。
前一致性如何控制
前一致性控制的幾個關鍵因素:入口的材料、生產(chǎn)設備、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,從技術角度,還要有一個明確的質保描述。否則就是一本糊涂帳。反而降低了客戶對品牌的認可度。任何產(chǎn)品都是有使用期限的。沒有量化的質保是一筆糊涂帳,最終無法真正意義取得客戶的信任。
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