パワーリチウム電池を選別する方法は?– タイプーテクノロジー

個々のバッテリー間の不一致は、サイクリングプロセス中のバッテリーパックの急速な容量減衰や寿命の短縮などの問題につながることがよくあります。グループ化のために可能な限り一貫した性能を持つバッテリーを選択することは、電気自動車でのリチウムイオン電池の広範な適用にとって非常に重要です。この記事では、不整合の兆候と原因を分析します...

パワーリチウム電池を選別する方法は?

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個々のバッテリー間の不一致は、サイクリングプロセス中のバッテリーパックの急速な容量減衰や寿命の短縮などの問題につながることがよくあります。グループ化のために可能な限り一貫した性能を持つバッテリーを選択することは、電気自動車でのリチウムイオンバッテリーの広範な適用にとって非常に重要です。

この記事では、リチウムイオン電池の不整合の兆候と原因を分析し、それらの一貫性を改善する方法をまとめ、既存の電池グループ化スキームの概要を説明します。

  1. 不整合分析

1.1 不整合の定義

リチウムイオン電池パックの不整合とは、同じ仕様やモデルの個々の電池を電池パックに組み立てるときに、電圧、容量、内部抵抗、寿命、温度影響、自己放電率などのパラメータが異なることを指します。

製造後、個々のバッテリーには本質的にいくつかの初期性能のばらつきがあります。バッテリーを使用すると、これらの性能差は時間の経過とともに蓄積されます。さらに、バッテリーパック内の使用環境は個々のバッテリーごとに同一ではないため、バッテリー間の不一致がさらに増幅されます。この進行性の不一致は、バッテリー性能の低下を加速させ、最終的にはバッテリーパックの早期故障につながります。

1.2 矛盾の現れ

リチウムイオン電池の不整合は、主に性能パラメータ(容量、内部抵抗、自己放電率など)の違いと、電池セル間の充電状態(SOC)の違いという2つの側面に現れます。

Dai Haifengらの研究によると、バッテリーセル間の容量差の分布はワイブル分布に近似しており、内部抵抗の分散は容量の分散よりも重要であることがわかりました。同じバッチのバッテリーの内部抵抗は一般に正規分布に従い、自己放電率もおおよその正規分布を示します。SOCはバッテリーの充電状態を表し、定格容量に対する残りの容量の比率です。電池の不整合により、容量劣化率にばらつきが生じ、電池間で利用可能な最大容量に差が生じます。容量が小さいバッテリーは、容量が大きいバッテリーに比べてSOCの変化が速く、充電および放電プロセス中にカットオフ電圧により早く到達します。

1.3 不整合の原因

リチウムイオン電池に不整合が発生する理由はさまざまで、主に製造および使用プロセスから生じます。材料混合時のスラリーの均一性や、コーティング中のコーティング密度と表面張力の制御など、製造プロセスの各段階では、個々のバッテリーセル間で性能にばらつきが生じる可能性があります。

Luo Yuらが実施した研究では、リチウムイオン電池の製造における水性バインダーシステムの影響に特に焦点を当てて、生産プロセスが電池の一貫性に与える影響を調査しました。バッテリーの使用プロセスにおいて、Xie Jiaoらは、接続方法、構造部品/デバイス、動作条件、および環境要因のすべてがバッテリーパックの一貫性に影響を与えることを示唆しています。各接続ポイントでのエネルギー消費は一貫しておらず、各コンポーネントまたは構造部品の性能と経年劣化率も一貫していないため、バッテリーにさまざまな影響が生じます。さらに、バッテリーパック内の個々のバッテリーセルが異なる位置を占め、異なる温度を経験するため、パフォーマンスの低下も異なり、バッテリーセル間の不整合がさらに増幅されます。

2. バッテリーの一貫性を向上させる方法

2.1 生産プロセスの管理

生産プロセスの制御には、主に原材料と製造技術の2つの側面が含まれます。原材料に関しては、粒子サイズと性能の一貫性を確保するために、同じバッチから材料を選択する努力が払われています。製造工程では、スラリーの均一な混合を確保し、長期保存を回避する、コーティング機の速度を制御してコーティングの厚さと均一性を確保する、電極シートの目視検査と重量選別の実施、注入量の制御、形成、容量選別、保管条件の管理など、厳格な管理が適用されます。

Luo Yuは、リチウムイオン電池の製造技術に関する研究を通じて、材料の混合、コーティング、カレンダー、巻き取り/スタッキング、射出、形成など、電池の一貫性に大きな影響を与える主要なプロセスを特定しました。これらの主要なプロセスパラメータとバッテリー性能との関係について、詳細な調査と分析が行われてきました。

2.2 グループ化プロセスの制御

バッテリーのグループ化プロセスの制御には、主にバッテリーの選別が含まれます。バッテリーパックは、同じ仕様とモデルのバッテリーを使用し、電圧、容量、内部抵抗、およびその他のパラメータを測定して、初期性能の一貫性を確保します。

Xu Haitaoらが実施した研究によると、バッテリーのグループ化プロセスでは、個々のバッテリー間の電圧差が充電および放電中のバッテリーパックの一貫性に影響を与える重要な要素であり、個々のバッテリー間の内部抵抗の違いにより、充電および放電プロセス中にバッテリー間で大きな電圧変動が発生します。Wang Linxiaらは、並列組み合わせリチウムイオン電池のバッテリーパックに対する主な影響因子DCRの影響と、直列組み合わせリチウムイオン電池のバッテリーパックに対する主要な影響因子である容量の影響を分析し、組み合わせバッテリーパックに必要なガイドラインを提供しました。Chen Pingらは、放電率がバッテリーのグループ化の一貫性に及ぼす影響を研究し、放電率が増加するとバッテリーの不整合が増幅され、欠陥のあるバッテリーを排除する効果が得られることを発見しました。

2.3 使用および保守プロセスの制御

バッテリーのリアルタイム監視は不可欠です。バッテリーのグループ化中に一貫性スクリーニングを実施することで、バッテリーパックの使用における初期の一貫性が確保されます。使用中のバッテリーをリアルタイムで監視することで、発生する可能性のある一貫性の問題を観察できます。ただし、不整合が検出されると、監視回路が充電回路と放電回路を切断し、パフォーマンスが低下する可能性があります。したがって、監視とパフォーマンスのバランスを取る必要があります。さらに、リアルタイム監視により、極端なパラメータを持つバッテリーをタイムリーに調整または交換できるため、バッテリーパックの不一致が時間の経過とともに増幅されることはありません。

バランシング管理システムの実装は非常に重要です。バッテリーのインテリジェントな管理は、適切なバランシング戦略と回路によって実現できます。一般的なバランシング戦略には、電圧ベース、充電状態(SOC)ベース、および容量ベースの戦略が含まれます。バランシング回路は、エネルギー消費方法に基づいてパッシブバランス回路とアクティブバランシング回路に分類できます。アクティブバランシングは、バッテリー間の効率的なエネルギーフローを可能にし、国内外で研究の焦点となっています。アクティブバランシングの一般的な方法には、バイパス、スイッチコンデンサ、スイッチインダクタ、およびDC / DC変換が含まれます。

バッテリーの熱管理は重要です。バッテリーパックの動作温度を最適な範囲内に維持するだけでなく、パフォーマンスの一貫性を確保するためには、バッテリー間で一貫した温度条件を確保することが不可欠です。適切な制御戦略を採用することは非常に重要です。許容出力電力範囲内で、放電の深さを最小限に抑え、過充電を回避することで、バッテリーパックのサイクル寿命を延ばすことができます。バッテリーパックのメンテナンスを強化するには、定期的な低電流メンテナンス、充電、清浄度の確保が必要です。

3.パワーリチウムイオン電池のグループ化方法

3.1 巻tageグループ化方法

電圧グループ化方法は、静的電圧グループ化と動的電圧グループ化に分けることができます。静電圧グループ化は、開回路グループ化とも呼ばれ、負荷なしで実行され、バッテリー自体のみを考慮します。これは、選択した個々のバッテリーを数日間完全に充電された状態で保管した後の自己放電率と、完全に充電された状態での異なる保管期間におけるバッテリーの開回路電圧を測定します。この方法は操作が最も簡単ですが、あまり正確ではありません。動的電圧グループ化は、負荷下の電圧を調べますが、負荷変動などの要因は考慮されていないため、精度もあまり高くありません。

3.2 静的容量のグループ化方法

バッテリーのグループ化の1つの方法は、指定された条件下でバッテリーを充電および放電し、放電電流と放電時間に基づいてバッテリーの容量を計算し、バッテリーを容量に応じてグループ化することです。この方法はシンプルで実用的ですが、バッテリーが特定の条件下で同じ容量を持ち、バッテリーの完全な動作特性を完全に表していないことを反映することができます。したがって、特定の制限があります。

3.3 内部抵抗グループ化法

主な考慮事項は、個々のバッテリーの内部抵抗です。この方法により、迅速な測定が可能になります。ただし、バッテリーの内部抵抗は放電プロセス中に変化する可能性があるため、内部抵抗を正確に決定することは特定の困難を伴います。

3.4 マルチパラメータのグループ化方法

容量、内部抵抗、電圧、自己放電率など、複数の外部条件を考慮し、電池の総合評価において、より一貫性のある電池群を選定することが可能です。ただし、この方法の前提条件は、個々のパラメーターに基づく正確な並べ替えが完了するまでに長い時間がかかることです。

3.5 動的特性グループ化法

動的特性グループ化法では、バッテリーの充電特性曲線と放電特性曲線を使用して、バッテリーを分類およびグループ化します。充電曲線と放電曲線は、バッテリーの特性のほとんどを反映することができます。動的特性グループ化法を使用することで、バッテリーのさまざまな性能指標の一貫性を確保できます。この方法は大量のデータを含み、通常はコンピュータープログラムを使用して実装されます。ただし、このアプローチでは、グループ化のためのバッテリーの使用率が低くなり、バッテリーパックのコスト削減には役立ちません。この方法を実装する際の別の課題は、標準曲線または参照曲線を決定することです。

4.結論

(1)バッテリーの不一致の原因は、主にバッテリーの製造と使用の側面にあります。

(2)バッテリーの一貫性を改善するための対策は、主に3つの側面に分けることができます。

原材料や製造技術から生産工程を厳格に管理。

より科学的な選別方法を採用し、可能な限り一貫した初期性能を持つ電池を選択して、可能な限り選別します。

使用中のバッテリーのリアルタイム監視、バランシング管理システムの実装、合理的な制御戦略の採用、バッテリーの熱管理、およびバッテリーパックのメンテナンスの強化。

(3)バッテリーのグループ化に関しては、考慮する要素が少なすぎるため、単一パラメーターのグループ化方法は実用的な価値が限られています。マルチパラメータグルーピング法と動的特性グルーピング法は比較的包括的です。さらに、電気化学インピーダンス分光法などの方法も一定の進歩を遂げています。

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