動力鋰電池包，之所以要管理系統(tǒng)（電氣管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)），一個重要原因就是應(yīng)對電芯和模組的不一致性。試想，假如每顆電芯出廠時都完全一致（容量，電壓，內(nèi)阻，自放電），并且在使用過程中也像瑞士鐘表般，彼此之間分毫不差，那么，我們就不必把管理系統(tǒng)搞得這么復(fù)雜了。至少，單體電壓不用測量了，均衡功能不用做了，溫度傳感器，整個電池包有一個就行了。

然而現(xiàn)實(shí)是，每只電芯從出生開始就是不同的。使用過程中它們還會變得更加不同。

1電芯單體的不一致性成因

鋰離子電池單體，重要的結(jié)構(gòu)包括正極，正極集流體，負(fù)極，負(fù)極集流體，隔膜和電解液。性能表現(xiàn)的不一致，根源最終都可以挖掘到這些組成部件上來。

1.1制造過程

第一個原因，基礎(chǔ)工業(yè)水平?jīng)Q定的材料精度純度的不穩(wěn)定性，帶來了最終產(chǎn)品性能的不一致。使用不同批次的正極、負(fù)極和電解液，生產(chǎn)的電芯單體，一般是不能混用的。即使分選過程中的的參數(shù)非常一致，但分選手段基本都不能體現(xiàn)未來使用一段時間以后，電芯的狀態(tài)，因而當(dāng)前的處理方式就是防止混合使用。

另一個原因是電芯生產(chǎn)過程中的工藝一致性問題。電芯生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，大致過程如下。

整個過程中，每一步工序的一致性都非常重要，但最難保障一致性的是涂布工藝過程，涂層厚度和均勻性以及材料活性都不是機(jī)械手段易于嚴(yán)密把控的，是造成單體差異的重要工序。制造工序中出現(xiàn)的差異，只能在分選工序中盡力彌補(bǔ)。

1.2使用過程

循環(huán)使用過程

單體在整個電池包中的位置不盡相同，被包裹在模組中心的單體與身處模組最外層的單體，散熱條件差異巨大；

與模組集流銅排的相對位置也不可能帶來單體熱環(huán)境的不一致性。銅排是熱的良導(dǎo)體，散熱能力高于電芯單體。電芯相關(guān)于集流銅排的位置不同就會造成彼此間散熱條件的不同。

有研究表明，工作過程中，溫度的不一致會對電芯的不一致性出現(xiàn)最為顯著的影響，使得電芯從不一致走向更大的不一致。

不同的熱環(huán)境疊加在一起，導(dǎo)致單體的工作溫度條件存在差異。高溫工作造成借宿劣化，劣化后的內(nèi)阻上升，又會返回來提高電芯溫升。熱環(huán)境的不同，是這個負(fù)反饋的開端。

靜置過程

使用過程中的靜置，設(shè)想單體身處一輛電動汽車中。停車狀態(tài)，車上的所有電力全部斷掉，包括電池包的熱管理系統(tǒng)（假如電池包本來具備熱管理系統(tǒng)的話），電池包處于自然溫度場中。出現(xiàn)影響的，還是電芯的相對位置，造成熱環(huán)境不同。

每顆電芯與電池包殼體距離不同，受到外界溫度變化的影響程度就會存在差異。在達(dá)到熱平衡之前，不同電芯的溫度條件都是不同的。

工作過的公司曾經(jīng)有這樣一個要求，假如電芯經(jīng)歷長途運(yùn)輸?shù)竭_(dá)另一個組裝地點(diǎn)，一般要求25℃環(huán)境，靜置24小時以后，再進(jìn)行收貨檢驗(yàn)，目的是為了使得電芯達(dá)到熱均衡和內(nèi)部電化學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定。

靜置過程中，不同的荷電狀態(tài)，電芯性能參數(shù)的變化趨勢也存在差別，比如自放電。

2模組不一致性成因

2.1制造過程

首先，電芯的不一致性必然會傳導(dǎo)到模組上。電芯分選的重要性會第一次在成型后的模組上體現(xiàn)出來。

其次，電芯單體經(jīng)過焊接、夾持，串并聯(lián)，連接在一起，形成模組。加工過程中的工藝不一致，必然會導(dǎo)致模組與模組之間的不一致。最直觀的表征就是模組的內(nèi)阻。

焊接工藝的不一致，極容易造成焊接電阻的差異。電芯內(nèi)阻的數(shù)量級是幾或者十幾毫歐，焊接出現(xiàn)電阻的輕微不一致，對鋰離子電池模組來說，都不是小問題。

再次，模組內(nèi)部、模組之間的連接銅排或者高壓導(dǎo)線，其自身尺寸、連接方式和表面處理也會對模組的一致性造成影響，重要體現(xiàn)在模組內(nèi)阻上。采用螺釘連接、壓接還是焊接，除了考慮加工的工藝性，也不能不考慮連接阻值的影響。

2.2模組使用過程

2.2.1制造過程中造成的內(nèi)阻不一致，到達(dá)模組應(yīng)用的環(huán)境，會體現(xiàn)在發(fā)熱量的不一致和電芯端電壓采集結(jié)果的影響不一致上。

阻值不均勻造成發(fā)熱不均勻，不再贅述。本節(jié)表述一下對電壓采集的影響。電池管理系統(tǒng)采集每一節(jié)電池的端電壓，這里的一節(jié)可以是若干只單體電芯并聯(lián)組成。

用一個我實(shí)際應(yīng)用到的例子類比一下。電壓采集方式是把電壓測量回路的兩個采樣點(diǎn)焊接或者用螺釘連接到電芯的兩端，假如遇到模組與模組之間過長的導(dǎo)線連接，則要在導(dǎo)線的兩端都連接電壓采集點(diǎn)（在課本上，我們本來認(rèn)為，導(dǎo)線上的任何一個點(diǎn)，電位相同，實(shí)際中并非如此）導(dǎo)線長度對電壓采集結(jié)果會造成影響，可想而知，一個焊點(diǎn)或者螺釘連接效果的不一致，必然會帶來電壓采集結(jié)果的不一致。

理論上的原因大體是這樣的。動態(tài)的電芯端電壓采集過程，電芯可以簡化成一只理論電壓源和一個電阻串聯(lián)的電學(xué)模型。當(dāng)回路中有工作電流流動，管理系統(tǒng)測量到的電壓，并非等于電池的開路電壓。放電過程，測量值是電壓源電勢與內(nèi)阻端電壓的差；充電過程，測量值是電壓源電勢與內(nèi)阻端電壓的和。

2.2.2電池包不同的裝備位置，使得環(huán)境溫度對內(nèi)部模組一致性影響不同。有的把電池包安置在車輛后備箱處，距離地面比較遠(yuǎn)；有的安置在底盤下，是車輛位置最低的部件，距離地面非常近；有的混動車輛，電池包位置距離發(fā)動機(jī)很近。距離外部環(huán)境，距離熱源條件不同，都會帶來電池包內(nèi)不同位置模組溫度條件的差異。

2.2.3不同的連接方式，在使用中，對模組一致性的影響也是不同的。焊接的連接點(diǎn)，假如表面處理沒有做好，出現(xiàn)了氧化腐蝕，其電阻自然會增大。而沒有銹蝕的焊點(diǎn)，電阻會與銹蝕的焊點(diǎn)不同，焊點(diǎn)內(nèi)阻與電芯內(nèi)阻的相對影響也發(fā)生了變化。

假如采用螺釘連接，一般要求選擇防松螺釘。在高速運(yùn)動的電動汽車上，各種頻率的震動都會出現(xiàn)，負(fù)責(zé)電連接的螺釘松脫，輕則造成內(nèi)阻變化，重則造成系統(tǒng)報(bào)警甚至斷電。動力鋰電池最佳工作溫度是15℃-35℃，但在日常應(yīng)用中，不可能完全滿足電池的要，因此，最常見的影響電池老化的場景就是高溫，低溫。

除了環(huán)境以外，電池工作參數(shù)，也會對老化起到加速或者減速的用途，因此電芯充放電參數(shù)的選擇影響顯著。

在以上列舉的外部因素用途下，電池電極材料等在電化學(xué)反應(yīng)過程中，發(fā)生正常充放電以外的副反應(yīng)，導(dǎo)致老化的發(fā)生。

老化過程中，具體都會發(fā)生什么細(xì)節(jié)過程，跟正負(fù)極材料，電解液和隔膜的選擇有密切關(guān)系，本文解說大略的老化過程，暫時不針對具體材料做詳細(xì)解釋。