「汤叔解惑」如何减小电池一致性对电池寿命和性能的影响？

了解电动车的人都听说过锂电池电芯一致性的这个话题。所谓一致性指的是构成电池包的每一个电芯各项性能的一致程度。由于生产和环境对电芯的性能一致性会产生微小的误差，而这个误差会直接影响到电池的使用寿命。那么电芯的一致性是如何影响到电池包使用寿命的？电芯厂商又是通过什么样的手段提升电芯一致性的？我们在选购电动车的时候应当注意哪些相关问题？本期来为大家解读。

如果要用一句话来描述电池的一致性的定义，它指的是同一规格型号的电芯单体组成电池组之后，其电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻、寿命、温度影响、自放电率等参数存在一定差异的问题。这些关键参数的差异主要由两大因素引起：一个是在制造过程当中，因为工艺的问题和材质的不均匀使得电极板存在厚度、微孔率等关键参数方面的微小差异；另一个是在电池组的使用过程当中，电芯单体因环境的变化引起单体退化的差异。

▲采用纯电驱动的奥迪e-tron GT

■ 电池单体的不一致会给性能造成哪些负面影响？

首先我们要搞清楚电池单体一致性的分类，主要分为：电压一致性、容量一致性、内阻一致性。

电压一致性：如果在一个电池组当中，不同电芯的电压存在差异，特别是对于并联电路的电池组，高电压电芯会给低电压电芯充电，在电池组电路当中行成电流。这个过程会引起能量的损耗。虽然低电压电池单体容量获得了小幅的增加，但高电压电池单体的容量会大幅降低。能量损耗在互充电过程中，影响电池组的对外放电。所以，如果低电压电池和正常电压电池共同使用，将成为电池组的负载，影响其它电池的工作，最终影响整个电池组寿命。这也是为什么我们在使用家用五号电池给用电器供电时，很多电器的说明书上会注明：不要将新旧电池混合使用。也是遵循的电压一致性的原理。

容量一致性：电池单体的容量不一致会导致个别容量较低的电池率先过度放电，导致电池单体的性能下降，从而影响电池组的容量性能。不过，解决这个问题并不困难，首先可以通过出厂前的分选实验，最大程度上保证全新电池单体初始容量的一致性。也可以在使用过程中通过单独对电池单体的充放电来调整单体电池的初始容量，较小电池单体间的初始容量差异。

内阻一致性：中学物理课本里曾经学过，电池是存在内阻的。所谓内阻，指的是在电池对外放电形成电流回路时，电池本身是存在电阻的，虽然这个电阻很小，但在长时间大功率持续放电构成中，电池的内阻也是会损耗一部分电流能量的。这也是电池会发热的原因，由于内阻的存在，把电流这样的电能转换成了热能。电池内阻的不一致会导致每个电池单体在放电过程中热损失的能量各不相同，从而影响电池单体的能量状态，也可能会导致电压的不一致。

由于设计形状和布置位置的不同，即便出厂时电池单体的一致性很高，实际装车后也会产生一定的一致性差异

■ 使用过程中的防范也是很重要的

不一致的电池单体可以视为是害群之马。不仅自身性能下降，还会产生连带效应，使得整体电池组的性能极速下降。所以提高电池的一致性以及防范在使用过程中因为环境的变化导致的一致性变化，是提高电池包使用寿命和使用性能的重要要素。

■ 如何提高电池单体的一致性

有一句话叫做：电池组的一致性是相对的，不一致性是绝对的。也就是说，没有完全一致的电池组。只能相对的、尽可能的采取办法提高电池组的一致性，包括：

在生产环节的质量控制：要想电池尽可能达到一致性，对于生产工艺的要求极高。除此之外，对于电池生产厂商来说，出厂前对电池的筛选也是至关重要的。需要对电压、内阻等关键数据进行分析，筛选出相关性良好的电池，使得同一批次的电池尽可能一致。 在电池组使用过程当中，随时监测电池单体的各项参数，特别是电压分布情况，对于有差异的电芯单体进行调整或更换。 尽可能保证电芯使用环境的一致性。有些电芯靠近热源（如靠近电机），有些电芯可通风散热效果较好，这会导致不同电芯处于不同工作温度之中，这样的环境差异会极大程度的造成电芯衰减速度的不一致。所以可以采用水冷电池包，通过冷却液来均衡各个电池单体的工作温度。 通过均衡软件来平衡各个电芯的充放电深度。这个我在之前的专栏中为大家介绍过。通常主机厂的BMS（电池管理系统）当中都会有相应的电池均衡算法。通过软件控制每一次充放电深度来尽可能达到每个电池单体容量的均衡。 每隔一段时间对电池组进行小电流维护性充电，提高电池组的均衡和电池单体的性能恢复。 对使用过程中容量偏低的电池单体进行单独充电，尽可能回复其性能。 尽量避免过充过放，以及尽量减少大电流充电（快充）的次数。

如上图，采用水冷结构的电池包可以极大的平衡每个电池单体的工作温度，即便在环境温度变化剧烈的使用过程中也能使其一致性得到保障。

■ 对用户的购买和使用建议

由于电池单体先天的性能差异和后天使用过程中引起的性能差异，会导致整个电池包性能的降低从而影响到续航里程。所以在选购电动车时除了要看整车品牌还需要关注电池供应商的品牌，对于大供应商来说，由于产量大、单体均摊成本低，所以可以投入更多的成本用于质量控制。除了工艺方面各有所长外，出厂前对电芯的筛选也是必不可少的。

其次，在使用过程中也需要注意电池的特性，尽量避免过度充电和过度放电，并且每隔一段时间一定要进行小电流修复性充电，千万不要每次充电都使用大电流快充，这样会让更快的降低电池的一致性使得电池寿命过早衰减。最后要提醒的就是电池对环境温度比较敏感，温度的极具变化也会导致电池单体一致性的下降。注意以上几点可以尽可能的提高也延长电池的使用寿命，保持健康的放电性能。