Incongruencia de la batería de iones de litio: causas y cómo mejorarla

¿Qué es la incoherencia de las baterías de iones de litio?

La inconsistencia de los paquetes de baterías de iones de litio significa que cuando se combinan celdas individuales de las mismas especificaciones y modelos en un paquete de baterías, existen ciertas diferencias en parámetros como el voltaje, la capacidad, la resistencia interna, la vida útil, el efecto de la temperatura y la tasa de autodescarga.

Después de que la pila única sea producida por fabricantes de baterías de litio personalizadasEn la mayoría de los casos, existen ciertas diferencias en el rendimiento inicial. A medida que se utiliza la batería, estas diferencias de rendimiento siguen acumulándose.

Al mismo tiempo, debido a que el entorno de uso de cada célula individual en el pack de baterías no es exactamente el mismo, la inconsistencia de las células individuales se amplifica gradualmente, acelerando así la degradación del rendimiento de la batería y, finalmente, causando un fallo prematuro del pack de baterías.

Síntomas de inconsistencia de la batería de iones de litio

La incoherencia de las baterías de iones de litio se manifiesta principalmente en dos aspectos: diferencias en los parámetros de rendimiento de las celdas de la batería (capacidad de la batería, resistencia interna y tasa de autodescarga, etc.) y diferencias en el estado de carga (SOC) de la batería.

La investigación ha descubierto que la distribución de las diferencias de capacidad entre las celdas de las baterías se aproxima a la distribución de Weil, y el grado de dispersión de la resistencia interna es más significativo que el de la capacidad. Además, la resistencia interna de las pilas de un mismo lote suele seguir la ley de la distribución normal, y la tasa de autodescarga también presenta una distribución aproximadamente normal.

El SOC representa el estado de carga de la batería y es la relación entre la capacidad restante de la batería y su capacidad nominal. Debido a la inconsistencia de las baterías, éstas tienen diferentes tasas de desvanecimiento de la capacidad, lo que da lugar a diferencias en la capacidad máxima utilizable entre baterías. La tasa de cambio de SOC de las baterías con poca capacidad es más rápida que la de las baterías con gran capacidad, y la tensión de corte se alcanza más rápidamente durante la carga y la descarga.

Causas de la incoherencia de las baterías de iones de litio

Hay muchas razones que explican la inconsistencia de las baterías de iones de litio, principalmente durante el proceso de fabricación y el uso. Todos los aspectos del proceso de fabricación, como la uniformidad de la lechada durante la dosificación, el control de la densidad areal y la tensión superficial durante el revestimiento, y el proceso de producción de baterías de iones de litio con sistemas aglutinantes a base de agua, etc., causarán diferencias en el rendimiento de las celdas individuales.

Durante el uso de la batería, los métodos de conexión y las piezas/dispositivos estructurales, las condiciones de uso y el entorno también afectarán a la consistencia de la batería. Dado que la energía consumida por cada punto de conexión es inconsistente, el rendimiento y la tasa de envejecimiento de cada componente o pieza estructural también lo son, por lo que el impacto sobre la batería también es inconsistente.

Además, debido a las diferentes ubicaciones de cada célula individual en la batería, las diferentes temperaturas y la diferente atenuación del rendimiento, la inconsistencia de las células individuales se amplificará.

Cómo mejorar la consistencia de las baterías de iones de litio

Control del proceso de producción

El control del proceso de producción se realiza principalmente desde dos aspectos: las materias primas y la tecnología de producción. En cuanto a las materias primas, hay que intentar seleccionar materias primas del mismo lote para garantizar la consistencia del tamaño de las partículas de materia prima y el rendimiento.

En cuanto a la tecnología de producción, todo el proceso de producción debe estar estrictamente controlado, como garantizar que la lechada se agita uniformemente y no se deja durante mucho tiempo, controlar la velocidad de la máquina de revestimiento para garantizar el grosor y la uniformidad del revestimiento, inspeccionar el aspecto de las piezas de polo, pesar y clasificar, controlar el volumen de inyección y la formación, la división del volumen, las condiciones de almacenamiento, etc.

Control del proceso de composición

El control del proceso de agrupación se refiere principalmente a la clasificación de las baterías. El grupo de baterías utiliza baterías de especificaciones y modelos uniformes, y es necesario medir la tensión, la capacidad, la resistencia interna, etc. de la batería para garantizar la coherencia del rendimiento inicial de la batería.

Al ensamblar el pack de baterías, la diferencia de voltaje de las celdas individuales es un factor importante que afecta a la consistencia de cada celda individual al final de la carga y descarga del pack de baterías, mientras que la diferencia de resistencia interna de las celdas individuales causa la gran diferencia en la plataforma de voltaje de la batería.

Control del proceso de uso y mantenimiento

1. Control en tiempo real de la batería

El control de la consistencia de las baterías durante el montaje puede garantizar la consistencia en las primeras fases de uso de la batería. Mediante la supervisión de la batería en tiempo real durante su uso, se pueden observar en tiempo real los problemas de consistencia durante el uso.

Sin embargo, cuando la consistencia es pobre, el circuito de monitorización cortará el circuito de carga y descarga, por lo que el rendimiento se reducirá. Las baterías con parámetros extremos también pueden ajustarse o sustituirse a tiempo mediante la monitorización en tiempo real para garantizar que la inconsistencia del pack de baterías no se amplíe con el tiempo.

2. Aplicar un sistema de gestión equilibrado

Aplicar estrategias de equilibrado y circuitos de equilibrado adecuados para una gestión inteligente de las baterías. Las estrategias de equilibrado más comunes en la actualidad incluyen estrategias de equilibrado basadas en la tensión externa, estrategias de equilibrado basadas en el SOC y estrategias de equilibrado basadas en la capacidad. El circuito de equilibrado puede dividirse en equilibrado pasivo y equilibrado activo según el modo de consumo de energía.

Entre ellos, el equilibrado activo puede lograr un flujo de energía sin pérdidas entre baterías y es un tema de investigación candente en todo el mundo. Entre los métodos utilizados habitualmente en la ecualización activa se encuentran el método de derivación de baterías, el método de condensadores conmutados, el método de inductores conmutados, el método de conversión CC/CC, etc.

3. Gestión térmica de la batería

La gestión térmica de las baterías no sólo debe mantener la temperatura de funcionamiento del paquete de baterías dentro del rango óptimo, sino que también debe intentar garantizar que las condiciones de temperatura entre baterías sean coherentes, garantizando así de forma eficaz la coherencia de rendimiento entre baterías.

Cuando la potencia de salida lo permita, minimizar la profundidad de descarga de la batería y evitar la sobrecarga de la misma puede alargar el ciclo de vida del pack de baterías. Refuerce el mantenimiento del pack de baterías y realice cargas de mantenimiento de baja corriente en el pack de baterías a determinados intervalos, y preste atención a la limpieza.

Métodos de montaje de baterías de iones de litio

1. Método de adaptación de la tensión

El método de adaptación de tensión puede dividirse en método de adaptación de tensión estática y método de adaptación de tensión dinámica. El método de adaptación de tensión estática también se denomina método de adaptación sin carga. No lleva carga y sólo tiene en cuenta la propia batería. Mide la tasa de autodescarga de las celdas individuales seleccionadas almacenadas en el estado de carga completa después de permanecer durante docenas de días y los diferentes períodos de almacenamiento en el estado de carga completa.

La tensión en circuito abierto de la batería interna es el método más sencillo de utilizar, pero no es preciso. El método de adaptación dinámica de la tensión examina la situación de la tensión bajo carga, pero no tiene en cuenta factores como los cambios de carga, por lo que no es preciso.

2. Método estático de ajuste de capacidades

Cargue y descargue la batería en unas condiciones determinadas, calcule la capacidad en función de la corriente de descarga y el tiempo de descarga, y agrupe las baterías según su capacidad. Este método es sencillo y fácil de aplicar, pero sólo puede reflejar la misma capacidad de la batería en condiciones específicas, y no puede explicar las características de funcionamiento completas de la batería, por lo que tiene ciertas limitaciones.

3. Método de adaptación de la resistencia interna

Principalmente considerando la resistencia interna de la batería individual. Este método puede lograr una medición rápida, pero debido a que la resistencia interna de la batería cambiará con el proceso de descarga, es difícil medir con precisión la resistencia interna.

4. Método de adaptación multiparamétrica

Al mismo tiempo, se tienen en cuenta múltiples condiciones externas, como la capacidad, la resistencia interna, el voltaje y la tasa de autodescarga, para evaluar exhaustivamente la batería, y se pueden clasificar las baterías con buena consistencia. Sin embargo, la premisa de este método es que la selección de un solo parámetro debe ser precisa, y lleva demasiado tiempo.

5. Método de adaptación dinámica de características

El método de correspondencia de características dinámicas utiliza la curva característica de carga y descarga de la batería para clasificar las baterías para la correspondencia. La curva de carga y descarga puede reflejar la mayoría de las características de la batería, y el uso del método de correspondencia dinámica de características puede garantizar la coherencia de varios indicadores de rendimiento de la batería.

El método de correspondencia dinámica de características requiere una gran cantidad de datos y suele aplicarse mediante programas informáticos. Además, este método reduce la tasa de utilización del pack de baterías, lo que no favorece la reducción del coste del pack de baterías. La determinación de la curva estándar o curva de referencia es también un punto difícil en su aplicación.

Conclusión

1. Las principales causas de la incoherencia de las pilas residen en su fabricación y uso.

2. Las medidas para mejorar la consistencia de las pilas incluyen principalmente los siguientes aspectos: control estricto del proceso de producción, tanto de las materias primas como de los procesos de fabricación; adopción de un método de clasificación más científico y selección de pilas con un rendimiento inicial consistente para agruparlas en la medida de lo posible.

Durante el proceso de uso y mantenimiento de la batería, ésta debe supervisarse en tiempo real, debe aplicarse un sistema de gestión del equilibrio, debe adoptarse una estrategia de control razonable para llevar a cabo la gestión térmica de la batería y también debe reforzarse el mantenimiento del paquete de baterías.

3. En la adaptación de baterías, el método de adaptación de un solo parámetro no tiene valor de aplicación práctica. El método de adaptación multiparamétrica y el método de adaptación de características dinámicas son relativamente completos. Además, métodos como el del antiespectro electroquímico también han hecho ciertos progresos.