(力神动力电池系统有限公司 天津 300384)
摘要：本文对车用动力电池系运营期间的各种差异因素进行分析，评估对容量衰减的影响。通过对几种出货数量大，运营时间长，运营里程较长的动力电池系统在不同时间段容量衰减情况进行测试、分析和对比，发现运营环境和电池一致性水平对容量衰减的影响程度较大。
关键词：容量衰减 影响因素 动力电池系统
1、问题概述
汽车产业是国民经济的重要支柱产业，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，可以有效缓解能源和环境压力。而用于新能源汽车的锂电池动力系统自2010年后也是发展及其迅猛，不断推陈出新。为了最大限度的达到节能减排，减少旧电池回收，提升动力电池系统的性能，延长使用寿命就是重中之重。
国家标准对商用车的质保要求最低是5年或车辆行驶20万公里（以先到者为准）容量衰减不超过20%；且大部分车企对电池厂家的要求是高于国标要求的，特别是车辆行驶里程一般要求30万至50万公里。各个电池企业都在不断摸索，分析确认对电池衰减的各种影响因素，并持续改善，提升循环次数，延长运营里程。
2、影响因素
通过对几种运营地域广、运营里程长、运营路况多变、运营补电次数多样的标准商用车动力电池系统进行运营期间充放电数据分析，容量测试，主动均衡，积累数据，分析动力电池系统内电芯循环寿命衰减、系统内个串电芯的SOC状态、系统内不同位置运营期间温度升降和温度差异等对整套系统最终容量的影响。主要的影响因素如下：
2.1电芯循环性能
电芯本身的循环衰减水平是最大的影响因素，而电芯循环寿命受到电芯的原材料性能和加工工艺影响较大。
正负极粉的元素组分、粒度分布、晶型、压实密度等；浆料中其他添加剂、稳定剂；隔膜孔隙、透气度、表面涂层成分和厚度；电解液组分、水分含量、密度，均为原材料性能的主要影响因素。电芯的加工工艺方面包括：极片尺寸、压实密度、极组成型方式，热压温度、热压压力、注液量，排气和化成方法等决定电芯的循环寿命衰减水平。
多种添加剂或多组分正负极材料改善了电芯性能。叠片电芯逐步取代卷绕型电芯广泛应用到车用动力电池中。
2.2电芯荷电保持能力一致性
相同体系电芯，相同容量分档，出货前测量一次电压进行筛选，在较短时间内，电芯电压测量数据少有离散，但延长存储时间或提高存储环境温度后，会出现更多的电压偏低离散点，因此在正常生产周期内存在自放电差异较大电芯匹配，用于同一套系统的情况。如在存储期间进行多次电压检测，并辅以高温存储，在适当的SOC下，可以更有效的评价电芯的荷电保持能力。通过匹配保证在同一套系统中使用一致性更为相近的电芯。
2.3系统所处环境的温度差异
运营和存储环境温度对电池系统的循环性能产生影响，不同材料体系的电芯循环衰减受温度影响程度不同，但对于铁锂体系来说，高温对电芯的循环性能还是有较为明显的不利影响（高温循环次数约为常温循环次数的70-85%），从市场上车辆采集的不同箱体温度数据分布与容量测试数据进行对比分析，温度高低与容量衰减有强相关性。系统温差较大，则不同箱体的衰减差异较大。特别安装在是车辆发热部件附近的电池，容量衰减明显偏高。因此近几年辅助控温措施（液冷、风冷等）在动力电池系统设计中的应用越加广泛。
2.4系统隔散热设计
早期系统多采用自然冷却的方式进行散热，采用底部散热结构，导热面积占电芯底部的50%以上。在夏季环境温度普遍高于30℃的情况下，自然冷却的系统在工作过程中温度可以达到50℃左右，而车辆行驶过程中电机的温度可以达到70℃甚至更高，在电机和散热器周围的环境温度也能达到60摄氏度左右，这就造成了在充放电过程中车辆发热部件周边安装的电池温度始终低于外部环境温度，无法通过热传导的形式进行散热。
为了降低动力电池系统的温差，比较有效的方式就是外加风冷或液冷措施。且因为风冷效果较差，控温准确度偏低的缺陷，近几年，液冷成为主流控温手段。使用液冷控温，导热面积增加，可以将温差控制在4摄氏度以内，即便是快速充电最高温度也可以控制到45度以下。
2.5充电策略
充电倍率对电芯的温升有一定的影响，已经到达较高温度时如果继续用高倍率充电，会导致系统在高温情况下继续产生温升，恶化电池的使用条件。适当降低充电倍率特别是较高SOC时的充电倍率，可以改善温升情况。建议在夏季尽量在夜间或凌晨进行充电。同理，在冬季时建议停车后尽早进行充电，在电池系统温度还偏高时不会开启加热功能，可以降低充电量，缩短充电时间，也避免低温充电对电池的损害。
2.6系统被动均衡能力
BMS的均衡管理是一种对电池系统一致性的调节措施，延缓电池系统因多串电芯电压或容量不一致造成的短板效应。BMS的均衡电流一般在几十到一百mA，在充电末端开启均衡，均衡持续时间几十分钟，单次均衡容量约几十mAh。假设电池系统出厂容量差为额定容量的0.5%，200AH以上的系统就需要均衡几十次才可能起到一定效果。但在均衡期间可能由于电芯自放电率不一致、温度不一致和寿命衰减速率不一致又会产生新的容差，所以系统被动均衡的速度赶不上容差的产生速度，需要提升被动均衡的电流或者优化策略，延长均衡时间。
3、结论
电芯循环性能和自放电的一致性差异、充放电策略、系统隔散热设计、系统均衡设计及外部运营环境特别是环境温度差异是对动力电池系统容量衰减水平作用较大的影响因素。需要电池系统生产企业及上下游相关产业持续改善提升。
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