為何一致性這個問題會被提出來?新能源車輛駕駛里程要求越來越長。在這樣的情況下,就須要有更多的電板來進行串并聯能夠滿足電動車使用需求。電瓶串并聯過程中就提出了對電瓶一致性的要求,一輛特斯拉有七八千個18650電板,而只有所有電瓶進行串并聯能夠達到一輛車的電量需求。
這么電瓶一致性到底有哪些影響?在并聯的時侯,倘若三個電瓶并聯而它們的一致性不好,會發生哪些呢?我們發覺:充電的時侯阻抗大的電瓶在前期充電的電壓會大大的大于平均電壓,并且后期都會大幅降低,由于在規定時間內所有電瓶的容量都要一樣,所以才會出現這條紅線。
如圖所示,電瓶電壓忽然降低,這樣導致的結果就是劇烈吸熱,就會導致好多問題。而熱效應又進一步加速了不一致性,在放電過程中也同樣是這些情況,容量低的電瓶很早都會達到放電的結果,這樣的話就須要復雜的BMS(電瓶管理系統)。并且使用電瓶管理系統的結果就是促使整個系統的能量沒有達到最高最優的位置,這就是一致性的問題。
一致性這個問題過去都是用容量、電壓、內阻、SOC、溫度等人為的參數來定義,例如說那些參數大于1%或則2%就覺得它是一致的。但是還有更多的時侯是設備的檢測偏差,由于假如偏差要求是1%的話,設備的檢測偏差大多數都是2%~3%,這樣的話設備的偏差都小于對一致性的要求,都會導致好多問題。
所有參數實際就會在電瓶的充放電曲線表現下來。例如說容量不一樣,電流不一樣,電阻不一樣等等,致使充放電曲線不一樣。從這個思路來出發,就可以用它的充-放電曲線來表示,在過去是把充-放電的曲線置于一上去對比,但這樣也很復雜。
這么我們就提出一個電板串聯上去的方式。串聯有哪些益處?首先第一個用處就是不須要講電壓精度,由于通過每一個電板的電壓都是一樣的,只需檢測它的電流,但是電流的檢測是可以達到很高精度的。這樣就有一個很精密的方式來測試和評估一致性,這是這個方式的原始思路。
我們做了一些實驗:找了兩家美國電瓶品牌,兩家中國電瓶品牌,還有一家德國電瓶品牌,前期早已做了一次性篩選,得到結果比較比較好的電瓶。我們先進行稱重檢測,從這種指標上我們也看得下來,臺灣日本的標準差都要比中國小一些,我們這方面的標準差要大一些,說明我們的制造水平跟韓國還有差別。
再來看電瓶的性能:把它們串聯置于一起,還會發覺這種電瓶它們的曲線基本都是比較好的。并且充電終點會有一些偏差,放電終點也會有一些偏差。在放電終點之后,讓電瓶靜置一段時間再看它的電流,也會有一些偏差。這么我們把這種偏差用來進行剖析,都會發覺在這種偏差上面,公差最大,離散最大的是放電的時侯的起始電流,其他的公差都十分小,假如那邊偏差是最大,我們就用這個偏差來評判。所以我們就發覺:雖然電流偏差就可以來十分精準的評判電瓶一致性問題。我們可以來看這點,放電末端它的公差是最大的,充電末端特別小,靜置30分鐘之后稍大一些,而且也十分小,所以放電末端是比較比較大的。
這么這個含意是哪些呢?假如我控制住了放電末端,這么其他值肯定都比它小,所以取一個最大的公差來進行剖析篩選。例如說兩百個電板,從放電末端來篩選一致性最好的20/40個電板,再來剖析公差,就發覺充電末端篩選前后幾乎沒哪些區別,而且放電末端公差變似乎增加,放電后的凈值也減少。所以只要放電末端的增加,這么其他地方都增加,要么不變。
所以用放電末端來標志電瓶一致性是一個十分有效的參數。我們也可以把放電末端的參數來的進行正態分布比較。我們來瞧瞧自己手里領到的電瓶離散度是不是符合于正態分布?由于通常來說,我們你們都覺得制造水平是符合正態分布。并且我們的結果可以顯示出:有些電瓶的公差比較符合正態分布,有些不太符合。
我們又對這個問題進行了深入的剖析,后來發覺是各個生產廠家的質量控制的優缺不同,最后會導致一致性的離散不一樣。通過這些剖析,我們可以指導提升鞋廠的制造水平,這一點是十分有用的。我們也可以對產品進行評估,通過這種數據的評估,我們得出:法國的電瓶一致性指標非常好充電電池串聯和并聯的區別,國外的產品跟美國的產品差不多在同一個數目級上,美國的產品一致性會稍好一些充電電池串聯和并聯的區別,這就彰顯了電瓶的制造水平。我們把通過一致性篩選比較好的電瓶,在庫房里放三年再掏出來再進行篩選,看靜置三年之后,一致性變化如何樣。我們發覺臺灣的產品一致性仍然是最好的。這說明日本在制造水平上確實是值得我們學習的。美國的產品稍為比我們好一點。
之后我們用自己篩選的電瓶做了一個串聯之后的循環(不加BMS的循環),我們隨機篩選電瓶發覺:假如是從市場上買來的電瓶串連上去就做循環,這么它還是有一定的衰減。我們篩選之后,衰減基本就跟單體電瓶是在同一個水平上,所以一致性篩選的方式還是十分有效的證明了這一點。
總結:我們提出了一個一致性篩選的簡單快速有效的方式。是用串聯的方式,通過使每位電瓶的電壓絕對相同,看電瓶的電流變化來進行篩選。通過正態分布剖析我們也可以對廠家的生產環節的質量控制進行一定的判斷,對提高制造水平有一定的幫助,因而評估各個廠家電瓶一致性的制造水平。