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摘要：为了提高动力电池成组后的一致性，减少容量一致性差的影响，需要在电芯分容时进行准确的定容及分档。本文通过优化分容的测试条件以及采用阶梯放电形式进行容量标定，进而缩小容量测试结果离散度，提升容量一致性的评价可靠度。
关键词：动力电池;一致性;容量分布;分容流程
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0046-02
0 引言
电芯的一致性是评估动力电池性能的一项重要指标，在模组/系统设计时会将上百支电芯进行并串联，以达到整车的需求的电量及电压平台，若电芯的一致性存在差异，会直接影响到电池系统的性能及使用寿命[1]。尤其是在后期的使用过程中，可能面临着不同恶劣的使用工况，这样会进一步加剧這种不一致的问题，带来整车的性能衰减或者电池的安全问题[2，3]。通常动力电池性能参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。目前，大部分的动力电池一般可以将内阻和OCV值控制在一个较小的范围。涉及到电芯容量时，因为其分布的范围相对较为宽，通常需要在定容后进行容量的分档。然而，电芯在定容过程中所受到的影响因素较多，除了电芯本身的设计因素外，外部的测试温度、充放电工步、测试设备间的电流差异等对电芯的容量也存在较大的影响[4]。若在电芯的分容配组时容量存在较偏大，会带来的整体容量的降低以及放电末端压差偏大等一致性的问题[5，6]。因此，本文通过优化调整电芯在定容时的放电工步，以期望获得更为贴合实际放电工况的容量，并降低电芯的成组后的不一致性。
1 实验
1.1 实验对象
本实验的研究对象为高比能量的61Ah三元软包动力电芯，具体参数见表1。
1.2 实验设备
迪卡龙测试柜MCT100-05-8ME、巨孚高低温实验箱MEF1708-007、容量测试柜。
1.3 实验方法
不同温度下放电容量测试：①0.3C充电至满电，在目标测试温度（20℃、25℃、30℃、35℃、40℃）下静置3h;②按照目标测试倍率（0.7C和阶梯放电）进行放电。
容量分布测试：0.3C充电至满电，在30±5℃下进行分容。
2 分容测试流程的优化
电芯在经过化成、常温静置后进行单体电芯的分容测试，常规的分容工序为：单体电芯经过0.3C恒流恒压充电，充电时间设置230min，上限设置保护电压为4300mV，恒流至0.03C充电截止;再经过搁置2min后以0.7C进行恒流放电，下线电压设置为2750mV;常温静置5min后，进入到常温老化的自放电筛选工序。因此，若采用大倍率的放电电流进行测试，无法消除放电末端电池的极化的影响，且不符合电池在低SOC下的低功率放电使用策略。针对上述的问题，对电芯在下线分容测试的放电条件及工步进行适当的优化调整，详见表2。
另外，针对常规分容工序，放电测试时所得到的放电容量受到放电库位温度差异的影响较大。因此，电芯在测试时的若库位的温度分布比较宽，会造成在容量测试的结果差异较大，不利于后期电芯的分容配组。如图1所示，统计了部分库位的温度分布图，内部的温度波动范围相对比较大，需要对电芯在分容测试时的温度进行控制，以确保电芯容量的测试值因温度影响的风险降至最低。优化后分容的测试的温度范围控制在30±5℃，并在放电过程中采用阶梯放电策略，减少大电流放电时的极化及温升对放电容量的影响。
3 测试结果对比分析
3.1 温度对容量影响
生产线上随机抽取10支电芯，分别测试其在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃五个温度下的放电容量，放电测试工步分别按照0.7C恒流放电和0.7C-0.3C-0.03C阶梯放电，测试结果如图2所示。对比相同温度下恒流放电和阶梯流放电的结果，在末端增加小电流放电可以极大降低温度对极化的影响，使得不同温度下的放电容量差异缩小。从数据来看，随着测试温度的升高，电芯的容量差异逐渐缩小，同时考虑到电芯产线的能耗问题，将电芯的下线的测试温度范围控制在30±5℃。
3.2 测试工步对容量分布影响
采用调整后的分容测试工步，重新对一批次的504支电芯进行容量测试，两种放电工步的容量对比如图3所示。从容量分布的测试结果来看，采用0.7C-0.3C-0.03C进行的阶梯放电，测试所得容量分布比较集中，同一批次电芯的标准差降低了约60%。并根据优化后的分容测试的结果，对电芯的容量进行分档，每个档位间隔容量为500mAh。后期采用各档位的电芯进行配组后，可以极大的降低模组/系统端的不一致性。由图4的容量标定值可以看出，按照阶梯放电的工步得到的容量值与按照1C恒流放电的容量标定值比较接近，可以作为判定1C放电是否可以满足大于等于61Ah的出货要求。按照阶梯放电所得到的容量分布更为集中，这更有利于电池的配组以及后续电池的一致性。
4 总结
动力电池成组后的一致性提升，需要从电芯在动态和静态下的多维度参数（容量、OCV、充放电曲线等）进行评估。本文从容量测试端进行优化，确保每个电芯的测试条件相同，缩小其他因素对容量测试的影响，提升容量一致性的评价可靠度。
参考文献：
[1]谢乐琼，王莉，田光宇，等.锂离子电池一致性筛选新方法-串联充放电筛选[J].电源技术，2020，044（002）：149-152，226.
[2]Harris S J ， Harris D J ， Li C . Failure statistics for commercial lithium ion batteries： A study of 24 pouch cells[J]. Journal of Power Sources， 2017， 342（FEB.28）：589-597.
[3]何鹏林，乔月.多芯锂离子电池组的一致性与安全性[J].电池，2010，40（3）：161.
[4]郑岳久.车用锂离子动力电池组的一致性研究[D].清华大学，2014.
[5]王正，庞佩佩，赵付双，等.锂离子电池串联一致性与电压差的研究[J].电池工业，2017，21（01）：16-19，29.
[6]王琳霞，尚随军，郑荣鹏.磷酸铁锂单体电芯容量筛选方法的研究[J].电源技术，2010，34（005）：458-459.
关键词：动力电池;一致性;容量分布;分容流程
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）14-0046-02
0 引言
电芯的一致性是评估动力电池性能的一项重要指标，在模组/系统设计时会将上百支电芯进行并串联，以达到整车的需求的电量及电压平台，若电芯的一致性存在差异，会直接影响到电池系统的性能及使用寿命[1]。尤其是在后期的使用过程中，可能面临着不同恶劣的使用工况，这样会进一步加剧這种不一致的问题，带来整车的性能衰减或者电池的安全问题[2，3]。通常动力电池性能参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。目前，大部分的动力电池一般可以将内阻和OCV值控制在一个较小的范围。涉及到电芯容量时，因为其分布的范围相对较为宽，通常需要在定容后进行容量的分档。然而，电芯在定容过程中所受到的影响因素较多，除了电芯本身的设计因素外，外部的测试温度、充放电工步、测试设备间的电流差异等对电芯的容量也存在较大的影响[4]。若在电芯的分容配组时容量存在较偏大，会带来的整体容量的降低以及放电末端压差偏大等一致性的问题[5，6]。因此，本文通过优化调整电芯在定容时的放电工步，以期望获得更为贴合实际放电工况的容量，并降低电芯的成组后的不一致性。
1 实验
1.1 实验对象
本实验的研究对象为高比能量的61Ah三元软包动力电芯，具体参数见表1。
1.2 实验设备
迪卡龙测试柜MCT100-05-8ME、巨孚高低温实验箱MEF1708-007、容量测试柜。
1.3 实验方法
不同温度下放电容量测试：①0.3C充电至满电，在目标测试温度（20℃、25℃、30℃、35℃、40℃）下静置3h;②按照目标测试倍率（0.7C和阶梯放电）进行放电。
容量分布测试：0.3C充电至满电，在30±5℃下进行分容。
2 分容测试流程的优化
电芯在经过化成、常温静置后进行单体电芯的分容测试，常规的分容工序为：单体电芯经过0.3C恒流恒压充电，充电时间设置230min，上限设置保护电压为4300mV，恒流至0.03C充电截止;再经过搁置2min后以0.7C进行恒流放电，下线电压设置为2750mV;常温静置5min后，进入到常温老化的自放电筛选工序。因此，若采用大倍率的放电电流进行测试，无法消除放电末端电池的极化的影响，且不符合电池在低SOC下的低功率放电使用策略。针对上述的问题，对电芯在下线分容测试的放电条件及工步进行适当的优化调整，详见表2。
另外，针对常规分容工序，放电测试时所得到的放电容量受到放电库位温度差异的影响较大。因此，电芯在测试时的若库位的温度分布比较宽，会造成在容量测试的结果差异较大，不利于后期电芯的分容配组。如图1所示，统计了部分库位的温度分布图，内部的温度波动范围相对比较大，需要对电芯在分容测试时的温度进行控制，以确保电芯容量的测试值因温度影响的风险降至最低。优化后分容的测试的温度范围控制在30±5℃，并在放电过程中采用阶梯放电策略，减少大电流放电时的极化及温升对放电容量的影响。
3 测试结果对比分析
3.1 温度对容量影响
生产线上随机抽取10支电芯，分别测试其在20℃、25℃、30℃、35℃、40℃五个温度下的放电容量，放电测试工步分别按照0.7C恒流放电和0.7C-0.3C-0.03C阶梯放电，测试结果如图2所示。对比相同温度下恒流放电和阶梯流放电的结果，在末端增加小电流放电可以极大降低温度对极化的影响，使得不同温度下的放电容量差异缩小。从数据来看，随着测试温度的升高，电芯的容量差异逐渐缩小，同时考虑到电芯产线的能耗问题，将电芯的下线的测试温度范围控制在30±5℃。
3.2 测试工步对容量分布影响
采用调整后的分容测试工步，重新对一批次的504支电芯进行容量测试，两种放电工步的容量对比如图3所示。从容量分布的测试结果来看，采用0.7C-0.3C-0.03C进行的阶梯放电，测试所得容量分布比较集中，同一批次电芯的标准差降低了约60%。并根据优化后的分容测试的结果，对电芯的容量进行分档，每个档位间隔容量为500mAh。后期采用各档位的电芯进行配组后，可以极大的降低模组/系统端的不一致性。由图4的容量标定值可以看出，按照阶梯放电的工步得到的容量值与按照1C恒流放电的容量标定值比较接近，可以作为判定1C放电是否可以满足大于等于61Ah的出货要求。按照阶梯放电所得到的容量分布更为集中，这更有利于电池的配组以及后续电池的一致性。
4 总结
动力电池成组后的一致性提升，需要从电芯在动态和静态下的多维度参数（容量、OCV、充放电曲线等）进行评估。本文从容量测试端进行优化，确保每个电芯的测试条件相同，缩小其他因素对容量测试的影响，提升容量一致性的评价可靠度。
参考文献：
[1]谢乐琼，王莉，田光宇，等.锂离子电池一致性筛选新方法-串联充放电筛选[J].电源技术，2020，044（002）：149-152，226.
[2]Harris S J ， Harris D J ， Li C . Failure statistics for commercial lithium ion batteries： A study of 24 pouch cells[J]. Journal of Power Sources， 2017， 342（FEB.28）：589-597.
[3]何鹏林，乔月.多芯锂离子电池组的一致性与安全性[J].电池，2010，40（3）：161.
[4]郑岳久.车用锂离子动力电池组的一致性研究[D].清华大学，2014.
[5]王正，庞佩佩，赵付双，等.锂离子电池串联一致性与电压差的研究[J].电池工业，2017，21（01）：16-19，29.
[6]王琳霞，尚随军，郑荣鹏.磷酸铁锂单体电芯容量筛选方法的研究[J].电源技术，2010，34（005）：458-459.