锂电池安全和一致性解决方案

厂房不达标
季节影响
差
频繁变更，
设备故障导
不稳定
致温湿度不
来料检验文
各工序标准不
达标
天气影响
件有缺陷
完善
方法
环境
4.2 目前应对锂电一致性问题的方法
• 生产过程改善锂电池一致性的建议
• 一、电芯一致性改善
•
保证生产五要素的稳定，均匀一致。
•
●尽量减少材料供应商，材料和电池的批量越大越有利于提高一致性，减少批次性差异
•
●同批生产的产品批量越大一致性越有保证，严格控制混批配组。
•
●电池配组技术规范要完整、科学、合理、可行。
•
●确保锂电池配组数据检测准确，电池筛选准确无误，做好数据存储、分析。
• 三、增加安全保护均衡检测电路或置入可进行均衡维护的器件（并联均衡）。
•
由于锂电池的特殊性，为保证安全，需增加安全均衡保护检测电路
• 发展至今，锂电池的安全问题已经能很好的解决了。除非你因为成本问题以次充好或者技艺不精仍
会造成时有耳闻的燃烧、爆炸事件发生。通常的安全举措如下：
1.电解液：经过电解液技术人员的努力，目前可以使锂电池承受3C10V过充测试。 2.隔膜：当锂电池遭到滥用时，电池温度升致130度左右时，隔膜微孔会闭合，电池内阻巨增，阻断
• 由于锂动力电池在使用时都会使用保护电路系统，以保证安全。锂电池的一致性在使用过程中 直观的表现是电压的一致性差异（压差），而保护系统的检测是以电压监控为依据，只其中一 只单体电池电压达到保护条件就会切断电池回路，而不理会其它单体电池是否充满电或放完 电，经过不断的充放工作，这种差异会越来越大，直致电池组失去使用价值。如果与个别保护 系统故障或失效的因素叠加，就会发生产安全问题。
• 锂电的一致性包含以下常见的几种 1.老化的一致性。随着使用次数的增长, 各电芯之间的一致性因素会发生变化, 如电芯的容量会变 小, 但不同电芯的变化程度不同。即使是在组装初期一致性很好的电池组, 在循环老化一段时间 后的一致性也会出现差异。 2.开路电压一致性。经过充电会导致个别电池过充，从而引起安全问题，电压差异越大, 安全问 题越严重 。 3.内阻一致性。串联电池组各电芯的内阻不一致, 在充电时内阻高的电芯会被过压充电，放电时 内阻高的会被欠压放电。 4.容量一致性。串联电池组各电芯的容量不一致, 容量低的电芯充电时会被过压充电，放电时会 被过压放电。
2.3 锂电芯性能介绍
50AHLMO-LTO锂电池循环测试显示其优越的循环的性能，是未来理想的动力电源。
3.锂电一致性差导致产生的问题
• 动力电池一般是由多只电芯经过串、并联构成的电池组。与多数手机电池用的单只电芯组成的 电池不同, 多芯电池组中电芯之间的一致性, 不仅会影响电池组的电性能, 更会影响安全性能。 影响多芯锂离子电池组各电芯一致性的因素, 主要是电压、内阻和容量等, 其中电压为电池在组 装时的初始电压, 内阻为充满电时的交流内阻, 容量为放电容量。多芯电池组的一致性较差, 可 能会导致各电芯在充放电时的实时电压分配不均, 造成过压充电或欠压放电。锂离子电池的过 压充电或欠压放电会引起副反应, 引发安全问题。
5.6提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
序号
类别
名称
锂电一致性保障方案对比 稳定性 投入成本 一致效果 工艺难度
备注
1
采用高精端设备
高
很高
好
高
设备投入暗巨大
2 提高电芯一致性
制程严格控制体系
一般
高
一般
高
难度高
3
苛刻的料材料购控体系
一般
一般
差
高
控制复杂
4
配组筛选
严格完善的筛选标准
高
高
一般
高
配组率低
4.1 目前应对锂电一致性问题的方法
• 要因分析图
材料
设备
人员
不同厂家，
设备稳定性
不同批次材
材料更换频
差
自动化程度
未进行标准
员工作业熟
料有差异
繁
低
化作业
练度不一致
设备与工艺
不匹配
员工流失率
混批、混
材料不均匀
设备加工精度
高
管理失控。
料
低
员工士气波
锂
动
电
池
一
致
性
操作指引不明 确或有缺陷
工艺标准有 歧意，工艺
• 锂电池在通讯领域得到了极大的发展，在手机，电脑中得到成功普及与运用。然而在动力电池领域 的运用却步履蹒跚，发展缓慢。随着投资建厂热的消退，大多相关企业将面临生死存亡的考验！在 “不差钱”的年代，动力锂电的发展为什么至今没有获得半壁江山呢？原因在于动力锂电三大发展瓶
颈，影响着动力锂电的发展：价格（成本）、安全（易着火或爆炸）、寿命（电芯 一致性）。
• 锂电由产生至今，已有数十年的历史了。 1 1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个 锂电池。 2. 1980年，J. Goodenough 发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。 3 1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂 离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其 安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石 墨电极由贝尔实验室试制成功。 4 1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和 优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够 避免了燃烧、爆炸的危险。 5 1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。 6 1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。 7 1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁(LiFePO4)，比传统的正 极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。
准，并尽量减小电池组内的压差值（仅几个毫伏）。2.通过给电池组植入均衡电路，进 行动态纠正。目前所使用的均衡电路无论主动均衡，或被动均衡，效果均不太理想， 主要表现在均衡电流小，并且均衡作用时间短，另外均衡电路本身也存在稳定性，这 无疑也会增加锂电池的故障概率（保护故障率约20%）。3.在锂电池使用一段时间后， 通过人为干预，进行强制维护性均衡。包括单体电芯补电，单体电芯替换，拆解重新 配组，并联均衡等。
•
●工艺变更须严谨，受控，禁止随意变更。新工艺上线前需进行严格评审，实验生产须分开进
行。
•
●尽量提高设备的自动化程度，选择高精度，高稳定性设备有利于提高电池的一致性
•
●力争进行全员标准化生产，避免不稳定因素对电池一致性造成波动影响。
• 二、电池配组时，必须进行严格的一致性筛选。
Hale Waihona Puke •鉴于电芯之间不可能做到绝对的均匀一致，需要通过性能筛选进行电池组配组
5.2提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
电 池 组 并 串 联 转 换 器 原 理 图
5.3提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
电 池 组 并 串 联 转 换 器 原 理 图
5.4提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
转换器工作原理动画 （以5串为例）
转换器由嵌入两组动触刀的活动轴和装有一组静触刀的外壳构成。外 壳的一组静触刀分别与电池组单体的正负极连接，由转动轴带动动触 刀改变电池电路的连接方式。
• 锂电的一致性是锂电各项性能指标中较为重要的一项指标，它关系到锂池组的寿命和安全，当然
也会关系到锂电的制造成本和维护成本。提高一致性的措施通常为： 1.投入巨资，采用高精端制造设备，实现全线自动化，简化工艺，标准化生产等措施，保证电芯的 均匀性； 2.电芯配组前务必经过严格甚至有点苛刻的筛选。科学、合理、准确的配组工艺和操作是电芯筛选 质量的前提； 3.引入电芯检测均衡系统，或置入强制均衡器件（如并联均衡），保证电池组使用过程中电池单体 电压的一致性，来延长、提高电池组使用寿命。
5.5提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
经过验证的并串联转换器作用效果： • 电池并串联转换器可以轻松实现电池电路并、串联状态转换，进行并联充电
或电压均衡维护，而无需专业技能，无需拆解，无需返厂。可提高电池电压 一致性，有效降低返厂率，减少企业因返工拆解造成的资源浪费。 • 电池并串联转换器能够让用户在使用过程中，轻松完成电池维护均衡，保证 了电池组单体电芯的一致性，能有效延长电池组寿命，改善锂电安全事故发 生机率。 • 在产品运输、仓储过程当中，将电池组置于并联状态，即可进行并联电压均 衡，解决因电池长时间搁置时电池自放电造成单体电压不一致问题，由于电 池组处于低压状态，所以又有利于电池运输、仓储安全。 • 电池并串联转换器，可以由客户方便进行定期维护，强制进行并联电压均 衡，这就降低了生产企业的配组筛选要求，可以有效提高配组率。置入有并 串转换器的产品，由于均衡维护是在客户使用空闲时（或充电时）进行的， 所以，不会影响客户正常使用产品。 • 电池并串联换器的均衡原理是转移型均衡，避免了消耗型均衡器所造成的能 量浪费。
•
●根据使用要求，合理确定保护板、电压均衡器、充电器、控制器、电机与电池匹配的参数，
防止‘大马拉小车或小马拉大车’。
•
●保证电池保护系统的均衡功能真正有效，防止过充过放
•
●保护系统设计要科学，合理，质量要可靠。
•
●保护系统故障是锂电池故障原因中很重要的一个要素
•
●在电池组电路中置入并串转换器件，以便实现并联均衡功能
2.1 锂电芯性能介绍
• 目前锂电芯性能已能满足动力电池需要，以经过量产的普通锰酸锂动力电池 为例，电芯的循环寿命可达两千次以上。（下图100%DOD,1C常温充放电测 试）
2.2 锂电芯性能介绍
• 寿命更长的锰酸锂电芯（实验）寿命可长达近万次。（下图为国产锰 锂100%DOD，1.2C常温循环测试）
5
均衡系统（BBS)
差
安全保护电路
6
保护系统（BPS）
高
低
一般
一般
不稳定
高
差
一般
无均衡能力
7
开关组（单刀双掷）
差
5.1提供一种全新的解决锂电一致性问题的方案
锂电池单体电压不一致问题 • 经过对动力锂电池故障原因的统计分析，因压差大的故障占80%以上，表现为续行里
程讯速缩短。 • 单体电压不一致问题已成为动力锂电企业发展首先要攻克主要技术难题之一。 • 目前通常解决单体电压不一致的方法是：1.把单体压差做为电池生产配组筛选的重要标
1.2 目前动力锂电发展的三大瓶颈介绍
• 价格主要是相对于铅酸电池而言，锂电属高端消费品，为什么要与发展数百年的铅酸电池比价格
呢，这是因为动力锂电是要和铅酸电池抢食，二者面对的是同一市场，所以价格问题无法回避。但 是，如果你的锂电产品性能、质量足够好的话，直接进有钱人的一级市场也可避开价格问题。要造 高端产品，就绕不开电池的安全问题和一致性问题了。
锂电池安全和一致性解决方案
演讲人：时希领
联系电话：13849157125
目录
• 1.目前动力锂电发展的三大瓶颈介绍 • 2.锂电芯性能介绍 • 3.锂电池一致性差导致产生的问题 • 4.目前应对锂电一致性问题的方法 • 5.提供一种新的解决锂电一致性问题的方案 • 6.合作共赢 • 7.结束
1.1 目前动力锂电发展的三大瓶颈介绍
电子通路，避免因热失控产生的安全事故发生。 3.保护系统：锂电池为保障安全使用，均添加了电子保护线路，当要发生过充或过放或过流时，保护
系统通过电子开关切断负载回路，保护电池安全。 4.充放电保险：一般在锂电池的充放电路中，植入充放电保险管，当充放电电流过大时，保险管断开
电路回路，保障电池安全。 5.电动车控制器：控制器具有防过放和防过流的保险功能。 6.充电器：充电器一般都会具有防过充、防过流、防反接等保护功能。
电池组并串联转换器，是人为干预下强制均衡中方式的一种。我们都知道电 池在并联状态下，各单体电池之间会进行能量转移，最终实现等压，纠正压 差过大故障，达到维护均衡的目的。电池组中置入并串转换器后，通过旋转 转换器旋钮，可以轻松实现电池组的无损串联、并联状态转换，而无需专业 技能，无需拆解，无需返厂。在电池使用间隙或搁置不用时，将电池转换为 并联状态，就可以轻松实并联均衡，在此时如果有并联充电器，也可实现并 联充电功能。同样，当需要使用时，再倒一下转换器旋钮，电池就处于串联 状态，随时投入使用。电池组并串联转换器为解决动力电池的一致性问题提 供了一个新的思路。