造成锂离子电池组不一致性的原因有哪些

锂电池技术发展一直以控制成本、提高锂电池的能量密度和功率密度、增强使用安全性、延长使用寿命和提高成组一致性等为主轴，而这些要素的提升依然是锂电池目前面临的最大挑战。单体电池的不一致性是电池组性能的重要影响因素，它能降低电池组的可用容量，并降低电池组的循环寿命。那么造成锂离子电池组不一致性的原因有哪些呢?

1.单体电池之间参数差异    

单体电池之间的状态差异主要包括单体电池初始差异和使用过程中产生的参数差异。电池设计、制造、存储以及使用过程中存在多种不可控制的因素，会影响电池的一致性。提高单体电池的一致性是提升电池组性能的先决条件。单体电池参数的相互影响，当前的参数状态受初始状态和时间累积作用的影响。

电池容量、电压和自放电速率

电池容量不一致会使电池组各单体电池放电深度不一致。容量较小、性能较差的电池将提前达到满充电状态，造成容量大、性能好的电池不能达到满充电状态。电池电压的不一致将导致并联电池组中单体电池互充电，电压较高的电池将给电压较低的电池充电，这会加快电池性能的衰减，损耗整个电池组的能量。自放电速率大的电池容量损失大，电池自放电速率的不一致将导致电池荷电状态、电压产生差异，影响电池组的性能。

电池内阻

串联系统中，单体电池内阻差异将导致各个电池的充电电压不一致，内阻大的电池提前达到电压上限，此时其他电池可能未充满电。内阻大的电池能量损耗大，产生的热量高，温度差异进一步增大内阻差异，导致恶性循环。

并联系统中，内阻差异将导致各个电池电流的不一致，电流大的电池电压变化快，使各个单体电池的充放电深度不一致，造成系统的实际容量值难以达到设计值。电池工作电流不同，其性能在使用过程中会产生差异，最终会影响整个电池组的寿命。

2.充放电工况    

充电方式影响锂电池组的充电效率和充电状态，过充过放都会损坏电池，多次充放电后电池组会显露不一致性。目前，锂离子电池充电方式有数种，但常见的有分段恒流充电方式和恒流恒压充电方式。恒流充电是较为理想的方式，能够进行安全、有效的满充；恒流恒压充电有效结合了恒流充电和恒压充电的优点，解决了一般恒流充电方式难以精准满充的问题，避免了恒压充电方式在充电初期电流过大对电池造成的影响，操作简单方便。

3.温度    

锂电池在高温和高放电倍率下的性能会有明显衰减。这是因为锂离子电池在高温条件下和大电流使用时，会造成正极活性物质和电解液的分解，这是放热过程，短时间放出等热量能导致电池自身温度进一步升高，温度升高又加速了分解现象，形成恶性循环，加速分解使电池性能进一步下降。所以，如果电池组热管理不当，会带来不可逆性能损降。

电池组设计和使用环境差异会造成单体电池所处温度环境不一致。由Arrhenius定律可知，电池的电化学反应速度常数与度呈指数关系，不同温度下电池电化学特性不同。温度会对电池电化学系统的运行、库仑效率、充放电能力、输出功率、容量、可靠性以及循环寿命产生影响。目前，主要开展的是温度对电池组不一致性影响定量化研究。

4.电池外电路    

连接方式

在规模储能系统中，电池将以串并联的方式组合在一起，因此在电池和模块之间会有许多连接电路和控制元件。由于每个结构件或元器件的性能和老化速度不同，以及每个连接点消耗的能量不一致，不同器件对电池的影响不一样，造成电池组系统的不一致。并联电路中电池衰减速度的不一致会加速系统的恶化。

连接片阻抗也会对电池组的不一致性产生影响，连接片阻值不尽相同，极柱到各单体电池支路的阻值不同，远离极柱的电池因连接片较长而阻值较大，电流则较小，连接片会使得与极柱相连的单体电池最先达到截止电压，造成能量利用率降低，影响电池性能，而且该单体电池提前老化会导致与其相连的电池过充，造成安全隐患。

随着电池循环次数增多，将造成欧姆内阻增加，容量衰减，欧姆内阻与连接片阻值的比率将发生变化。为保证系统安全性，必须考虑连接片阻值的影响。

BMS输入电路

电池管理系统(BMS)是电池组正常运行的保障，但BMS输入电路会对电池的一致性产生不利影响。电池电压的监测方法有精密电阻分压、集成芯片采样等，这些方法由于电阻与电路板通路的存在，无法避免采样线外载漏电流，电池管理系统电压采样输入阻抗将增加电池荷电状态(SOC)的不一致性，影响电池组的性能。

5.SOC估算误差    

SOC不一致产生的原因有单体电池初始标称容量不一致和工作中单体电池标称容量衰减速度不一致。对于并联电路，单体电池的内阻差异会造成电流分配不均，进而导致SOC的不一致。SOC算法包括安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法、模糊逻辑法、放电测试法等。

安时积分法在起始荷电状态SOC0比较准确时有较好的精度，但是库仑效率受电池荷电状态、温度和电流等状态的影响较大，难以准确测量，因此安时积分法很难达到荷电状态估计的精度要求。开路电压法在较长时间静置之后，电池的开路电压与 SOC 存在确定的函数关系，通过测量端电压来获得SOC的估计值。开路电压法具有估算精度高的优点，但是静置时间长的缺点也限制了其使用范围。

审核编辑：汤梓红