安富强等：纯电动车用18650电池的一致性研究 113· 7.58%),明显差于其他电池 在放电状态，0℃下电池的一致性比较好，即变异 00 系数比较小，但在-20℃时，电池的一致性明显变差， 变异系数明显增大，P-1电池增大16倍，L电池增大6 9 倍.基于这种一致性，P-1和L型号电池不适宜在0℃ 以下使用. 在相关性上，在低温放电下，电池放电容量与直流 内阻呈现负相关性.在-20℃其相关系数小于-0.8， 呈现明显的负相关性.综合倍率和低温下一致性的结 果，直流内阻才是表征大倍率充放电、低温下一致性的 0 30 60 90 120 150 有效参数 循环次数 从前面的结果可见P-1在低温充电和倍率放电 图10不同电池的循环一致性 上不能很好地满足要求，故在寿命测试中我们仅选择 Fig.10 Capacity retention of cells during cycling tests 了其余四款电池，各取四支电池进行寿命一致性表征， 如图10所示.从图中可以看出L电池的一致性最好， 影响因素分单体电池和电池系统两个层级的影响，见 S和P-1次之，B型号电池的寿命一致性最差.容量在 图11所示.在单体电池层级，为了提高其一致性，必 50次和100次的波动为容量标定所致，侧面说明B、S 须管控好工艺制成，提高电极宏观（质量）和微观（孔 和P-2对测试过程更为敏感 隙率、电导率和曲折度)的一致性：在电池模组和系统 电池在电动车上应用，在其生命周期内，一致性的 层级，需要优化电池的组装方式和内部温度的均匀性 单体电池 电池模组 电池系统 表征参数 电压，容量，内阻(ACR) 表征参数 A OCV 限制因素r--一- 限制因素下一 温度，电流，电压范围 温度，电流，电压范围 控制因素 控制因素 电极参数（活性物质量、孔隙率， 电池连接方式的稳定性，BMS的 曲折度、电导率)，注液量 精准性及温度分布的均匀性 单体电池一致性 关联因素 图11单体电池和电池系统一致性分析图 Fig.11 Consistency analysis flowchart of cells and in battery systems 由上述测试结果可知，循环测试中B型号电池的 确、完整、有效地表征电池的一致性.通过分析，我们 容量离散性比较严重，而这一问题却未能在其他性能 可以得出：(1)对纯电动车用18650电池，最佳的工作 测试中得到有效表征.因此，在分组过程需要考虑时 电流是充电倍率小于0.3C,放电倍率小于0.5C:(2) 间维度的影响，即初始一致性和寿命周期内的一致 充放电温度在0℃以上：(3)缩小电池的工作电压范围 性.从容量分组角度考虑，容量细分越小，其成组后 能有效地改善电池之间的一致性，特别是在大电流工 的一致性越好，但这增加了生产成本：老化阶段需要 作条件下（在2C放电时，2.5~4.1V区间的一致性要 增加能有效表征电池寿命的特征参数.在我们的研 优于2.5~4.2V一倍)：(4)老化是一种最为可靠的一 究[]中，在初始筛选过程中增加表征电池开路电压 致性甄别手段（在老化过程，不同电池企业的一致性 (OCV)衰减速率的参数k,可以有效地体现电池的老 区别更为明显，国内的B型号电池离散很大，但在前 化特性. 期初始化的表征中均未能得到显现)，故在电池筛选 过程中需要加入能够表征寿命的特征参数k 3结论 温度、电压和电流对电池系统的影响与单体电池 单体电池的一致性受温度、工作电流和电压范围 是共通的.要保证整个电池系统的寿命满足电动车的 影响很大，单纯的初始容量、质量和开路电压不能准 要求，必须单体和系统同时着力安富强等: 纯电动车用 18650 电池的一致性研究 7郾 58% ),明显差于其他电池. 在放电状态,0 益下电池的一致性比较好,即变异 系数比较小,但在 - 20 益 时,电池的一致性明显变差, 变异系数明显增大,P鄄鄄1 电池增大 16 倍,L 电池增大 6 倍. 基于这种一致性,P鄄鄄1 和 L 型号电池不适宜在 0 益 以下使用. 在相关性上,在低温放电下,电池放电容量与直流 内阻呈现负相关性. 在 - 20 益其相关系数小于 - 0郾 8, 呈现明显的负相关性. 综合倍率和低温下一致性的结 果,直流内阻才是表征大倍率充放电、低温下一致性的 有效参数. 从前面的结果可见 P鄄鄄1 在低温充电和倍率放电 上不能很好地满足要求,故在寿命测试中我们仅选择 了其余四款电池,各取四支电池进行寿命一致性表征, 如图 10 所示. 从图中可以看出 L 电池的一致性最好, S 和 P鄄鄄1 次之,B 型号电池的寿命一致性最差. 容量在 50 次和 100 次的波动为容量标定所致,侧面说明 B、S 和 P鄄鄄2 对测试过程更为敏感. 电池在电动车上应用,在其生命周期内,一致性的 图 10 不同电池的循环一致性 Fig. 10 Capacity retention of cells during cycling tests 影响因素分单体电池和电池系统两个层级的影响,见 图 11 所示. 在单体电池层级,为了提高其一致性,必 须管控好工艺制成,提高电极宏观(质量) 和微观(孔 隙率、电导率和曲折度)的一致性;在电池模组和系统 层级,需要优化电池的组装方式和内部温度的均匀性. 图 11 单体电池和电池系统一致性分析图 Fig. 11 Consistency analysis flowchart of cells and in battery systems 由上述测试结果可知,循环测试中 B 型号电池的 容量离散性比较严重,而这一问题却未能在其他性能 测试中得到有效表征. 因此,在分组过程需要考虑时 间维度的影响,即初始一致性和寿命周期内的一致 性. 从容量分组角度考虑,容量细分越小,其成组后 的一致性越好,但这增加了生产成本;老化阶段需要 增加能有效表征电池寿命的特征参数. 在我们的研 究[18]中,在初始筛选过程中增加表征电池开路电压 (OCV)衰减速率的参数 k,可以有效地体现电池的老 化特性. 3 结论 单体电池的一致性受温度、工作电流和电压范围 影响很大,单纯的初始容量、质量和开路电压不能准 确、完整、有效地表征电池的一致性. 通过分析,我们 可以得出:(1)对纯电动车用 18650 电池,最佳的工作 电流是充电倍率小于 0郾 3C,放电倍率小于 0郾 5C;(2) 充放电温度在 0 益以上;(3)缩小电池的工作电压范围 能有效地改善电池之间的一致性,特别是在大电流工 作条件下(在 2C 放电时,2郾 5 ~ 4郾 1 V 区间的一致性要 优于 2郾 5 ~ 4郾 2 V 一倍);(4)老化是一种最为可靠的一 致性甄别手段(在老化过程,不同电池企业的一致性 区别更为明显,国内的 B 型号电池离散很大,但在前 期初始化的表征中均未能得到显现),故在电池筛选 过程中需要加入能够表征寿命的特征参数 k. 温度、电压和电流对电池系统的影响与单体电池 是共通的. 要保证整个电池系统的寿命满足电动车的 要求,必须单体和系统同时着力. ·113·