Incompatibilité des batteries lithium-ion - causes et moyens d'y remédier

Qu'est-ce que l'incohérence des batteries lithium-ion ?

L'incohérence des batteries lithium-ion signifie que lorsque des cellules individuelles de mêmes spécifications et modèles sont combinées en une batterie, il y a certaines différences dans les paramètres tels que la tension, la capacité, la résistance interne, la durée de vie, l'effet de la température et le taux d'autodécharge.

Après la production de la pile unique par fabricants de piles au lithium sur mesureIl y a certaines différences dans les performances initiales elles-mêmes. Au fur et à mesure de l'utilisation de la batterie, ces différences de performances continuent à s'accumuler.

En même temps, comme l'environnement d'utilisation de chaque cellule du bloc-batterie n'est pas exactement le même, l'incohérence des cellules individuelles s'amplifie progressivement, ce qui accélère la dégradation des performances de la batterie et provoque finalement une défaillance prématurée du bloc-batterie.

Symptômes d'une batterie lithium-ion défectueuse

L'incohérence des batteries lithium-ion se manifeste principalement sous deux aspects : les différences dans les paramètres de performance des cellules de la batterie (capacité de la batterie, résistance interne et taux d'autodécharge, etc.) et les différences dans l'état de charge de la batterie (SOC).

Les recherches ont montré que la distribution des différences de capacité entre les éléments de batterie est proche de la distribution de Weil, et que le degré de dispersion de la résistance interne est plus important que celui de la capacité. En outre, la résistance interne des piles d'un même lot suit généralement la loi de la distribution normale, et le taux d'autodécharge suit également une distribution approximativement normale.

Le SOC représente l'état de charge de la batterie et est le rapport entre la capacité restante de la batterie et sa capacité nominale. En raison de leur hétérogénéité, les batteries ont des taux d'affaiblissement de la capacité différents, ce qui se traduit par des différences de capacité maximale utilisable entre les batteries. Le taux de changement de l'état de charge des batteries de faible capacité est plus rapide que celui des batteries de grande capacité, et la tension de coupure est atteinte plus rapidement pendant la charge et la décharge.

Causes de l'incohérence des batteries lithium-ion

L'incohérence des batteries lithium-ion s'explique par de nombreuses raisons, principalement au cours du processus de fabrication et de l'utilisation. Tous les aspects du processus de fabrication, tels que l'uniformité de la boue lors du dosage, le contrôle de la densité surfacique et de la tension de surface lors du revêtement, et le processus de production des batteries lithium-ion avec des systèmes de liants à base d'eau, etc.

Au cours de l'utilisation de la batterie, les méthodes de connexion et les pièces/appareils structurels, les conditions d'utilisation et l'environnement affecteront également la cohérence du bloc-batterie. Comme l'énergie consommée par chaque point de connexion n'est pas uniforme, les performances et le taux de vieillissement de chaque composant ou élément structurel ne sont pas non plus uniformes, de sorte que l'impact sur la batterie n'est pas non plus uniforme.

En outre, en raison des différents emplacements de chaque cellule dans la batterie, des différentes températures et de l'atténuation des performances, l'incohérence des cellules individuelles sera amplifiée.

Comment améliorer la consistance des batteries lithium-ion

Contrôle du processus de production

Le contrôle du processus de production s'effectue principalement sous deux aspects : les matières premières et la technologie de production. En ce qui concerne les matières premières, il convient d'essayer de sélectionner des matières premières provenant du même lot afin de garantir la cohérence de la taille des particules et des performances des matières premières.

En termes de technologie de production, l'ensemble du processus de production doit être strictement contrôlé : il faut s'assurer que la boue est brassée régulièrement et qu'elle ne reste pas longtemps en place, contrôler la vitesse de la machine d'enrobage pour garantir l'épaisseur et l'uniformité de l'enrobage, inspecter l'aspect des pièces de poteau, les peser et les classer, contrôler le volume et la formation de l'injection, la division du volume, les conditions de stockage, etc.

Contrôle du processus de compoundage

Le contrôle du processus de regroupement se réfère principalement au tri des batteries. Le bloc-batterie utilise des batteries de spécifications et de modèles uniformes, et la tension, la capacité, la résistance interne, etc. de la batterie doivent être mesurées pour garantir la cohérence des performances initiales de la batterie.

Lors de l'assemblage de la batterie, la différence de tension des cellules individuelles est un facteur important qui affecte la cohérence de chaque cellule individuelle à la fin de la charge et de la décharge de la batterie, tandis que la différence de résistance interne des cellules individuelles provoque une grande différence dans la plate-forme de tension de la batterie.

Contrôle du processus d'utilisation et de maintenance

1. Surveillance en temps réel de la batterie

Le contrôle de la cohérence des batteries au cours de l'assemblage peut garantir la cohérence dès les premiers stades de l'utilisation du bloc-batterie. En contrôlant la batterie en temps réel pendant son utilisation, les problèmes de cohérence peuvent être observés en temps réel.

Toutefois, lorsque la cohérence est faible, le circuit de surveillance coupe le circuit de charge et de décharge, ce qui réduit les performances. Les batteries présentant des paramètres extrêmes peuvent également être ajustées ou remplacées à temps grâce à la surveillance en temps réel, afin de garantir que l'incohérence du bloc-batterie ne s'aggrave pas au fil du temps.

2. Appliquer un système de gestion équilibré

Appliquer des stratégies et des circuits d'équilibrage appropriés pour une gestion intelligente des batteries. Les stratégies d'équilibrage actuellement courantes comprennent les stratégies d'équilibrage basées sur la tension externe, les stratégies d'équilibrage basées sur l'état de charge et les stratégies d'équilibrage basées sur la capacité. Le circuit d'équilibrage peut être divisé en équilibrage passif et équilibrage actif selon le mode de consommation d'énergie.

Parmi elles, l'équilibrage actif permet d'obtenir un flux d'énergie sans perte entre les batteries et constitue un sujet de recherche brûlant dans le monde entier. Les méthodes couramment utilisées pour l'équilibrage actif comprennent la méthode de dérivation de la batterie, la méthode du condensateur commuté, la méthode de l'inducteur commuté, la méthode de conversion DC/DC, etc.

3. Gestion thermique de la batterie

La gestion thermique des batteries doit non seulement maintenir la température de fonctionnement de l'ensemble des batteries dans la plage optimale, mais aussi veiller à ce que les conditions de température entre les batteries soient cohérentes, ce qui garantit effectivement la cohérence des performances entre les batteries.

Lorsque la puissance de sortie le permet, minimiser la profondeur de décharge de la batterie et éviter la surcharge de la batterie peut prolonger la durée du cycle de vie du bloc-batterie. Renforcer l'entretien du bloc-batterie, effectuer une charge d'entretien à faible courant sur le bloc-batterie à certains intervalles et prêter attention au nettoyage.

Méthodes d'assemblage des batteries lithium-ion

1. Méthode d'adaptation de la tension

La méthode d'adaptation de la tension peut être divisée en méthode d'adaptation de la tension statique et méthode d'adaptation de la tension dynamique. La méthode d'adaptation de la tension statique est également appelée méthode d'adaptation à vide. Elle ne porte pas de charge et ne tient compte que de la batterie elle-même. Elle mesure le taux d'autodécharge des cellules individuelles sélectionnées, stockées à l'état de pleine charge après plusieurs dizaines de jours et différentes périodes de stockage à l'état de pleine charge.

La tension en circuit ouvert de la batterie interne est la méthode la plus simple, mais elle n'est pas précise. La méthode d'adaptation dynamique de la tension examine la situation de la tension sous charge, mais elle ne tient pas compte de facteurs tels que les variations de charge, et n'est donc pas précise.

2. Méthode statique d'adaptation des capacités

Chargez et déchargez la batterie dans des conditions définies, calculez la capacité en fonction du courant et du temps de décharge, et regroupez les batteries en fonction de leur capacité. Cette méthode est simple et facile à mettre en œuvre, mais elle ne peut refléter que la même capacité de la batterie dans des conditions spécifiques, et ne peut expliquer les caractéristiques de fonctionnement complètes de la batterie, ce qui lui confère certaines limites.

3. Méthode d'adaptation de la résistance interne

Principalement en considérant la résistance interne d'une seule batterie. Cette méthode permet de réaliser des mesures rapides, mais comme la résistance interne de la batterie change avec le processus de décharge, il est difficile de mesurer avec précision la résistance interne.

4. Méthode d'adaptation multiparamétrique

En même temps, de multiples conditions externes telles que la capacité, la résistance interne, la tension et le taux d'autodécharge sont prises en compte pour évaluer la batterie de manière exhaustive, et les ensembles de batteries présentant une bonne cohérence peuvent être triés. Toutefois, cette méthode part du principe que la sélection d'un seul paramètre doit être précise et prend trop de temps.

5. Méthode d'adaptation des caractéristiques dynamiques

La méthode d'adaptation des caractéristiques dynamiques utilise la courbe caractéristique de charge et de décharge de la batterie pour trier les batteries à adapter. La courbe de charge et de décharge peut refléter la plupart des caractéristiques de la batterie, et l'utilisation de la méthode d'adaptation des caractéristiques dynamiques peut garantir la cohérence des différents indicateurs de performance de la batterie.

La méthode d'adaptation des caractéristiques dynamiques nécessite une grande quantité de données et est généralement mise en œuvre à l'aide de programmes informatiques. En outre, cette méthode réduit le taux d'utilisation du bloc-batterie, ce qui n'est pas propice à la réduction du coût du bloc-batterie. La détermination de la courbe standard ou de la courbe de référence est également un point difficile dans sa mise en œuvre.

Conclusion

1. Les principales causes de l'incohérence des piles sont liées à leur fabrication et à leur utilisation.

2. Les mesures visant à améliorer la cohérence des piles comprennent principalement les aspects suivants : un contrôle strict du processus de production, à la fois des matières premières et des processus de production ; l'adoption d'une méthode de tri plus scientifique et la sélection de piles ayant des performances initiales cohérentes pour les regrouper autant que possible.

Au cours du processus d'utilisation et d'entretien de la batterie, celle-ci doit être surveillée en temps réel, un système de gestion de l'équilibre doit être appliqué, une stratégie de contrôle raisonnable doit être adoptée pour assurer la gestion thermique de la batterie, et l'entretien de l'ensemble de la batterie doit également être renforcé.

3. Lors de l'adaptation des batteries, la méthode d'adaptation à un seul paramètre n'a aucune valeur d'application pratique. La méthode d'adaptation multiparamétrique et la méthode d'adaptation des caractéristiques dynamiques sont relativement complètes. En outre, des méthodes telles que la méthode de l'anti-spectre électrochimique ont également fait des progrès.