二次电池组制造技术

本发明专利技术涉及一种二次电池组。本发明专利技术二次电池组包括多个相互并联的电池组单元，其中，每个电池组单元又由至少２个二次电池串联组成。本发明专利技术使电池电流密度分布的一致性得到改善，从而改善了电池发热、电池循环性能差等问题，提高了电池组性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池领域，尤其是一种二次电池组。
技术介绍
比较常用的二次电池组有铅酸电池组、锂二次电池组以及镍氢电池组。随着电动自行车、电动摩托车、微型电动汽车、电动轿车、电动大巴、备用电源、储 能电站的发展，对总能量较高的电池组的需求也越来越大。由于使用单体大容量电池或低 电压的大容量电池组电流大、导线粗、能量效率低，因此电池组的电压不能做得太低；但从 绝缘、安全性和电子元器件耐压、电池一致性等角度考虑，电池组的电压不能做得太高，因 此电池组的容量也不可能太低，综合考虑因此需要较高电压、较大容量的电池组。而较高电 压、较大容量的二次电池组的获得一般采用如下两种组合形式。组合形式一若干个小容量的单体电池并联成大容量的电池；若 干个大容量的电 池串联成较高电压的大容量的电池组；组合形式二 直接采用若干个大容量的单体电池串联成较高电压的大容量的电池组。对于组合形式一的二次电池组来说，组成二次电池组的每个单体电池由于制造条 件和温度、充放电倍率、荷电态、使用历程等不同，电池的容量、内阻、充放电电压和自放电 率等性能彼此存在差异，随着使用时间和充放电次数的增加，单体电池之间的一致性逐渐 变差；对于组合形式二的二次电池组来说，由于大容量的单体电池内部不管是由多个正、负 极极片并联构成的，还是由单个正、负极极片构成，实际上最终还是相当于组合形式一中的 若干个小容量的单体电池并联，因此随着使用时间和充放电次数的增加，电池内部极片和 材料之间的一致性也在逐步变差。另外电池在充放电过程中是存在极化的，极化分为欧姆极化、电化学极化、浓差极 化三类。影响极化程度的因素很多，但一般情况下充放电电流密度越大，极化也就越大。因 此放电电流越大时，电池的放电电压越低；充电电流越大时，电池的充电电压越高。图1为两只单体电池并联示意图。对于新的电池组来说，单体电池的容量在组合 之前要经过严格的筛选，每个单体电池的电压也基本上相同，而电池的内阻、连接电阻、不 同倍率下的充放电平台等相对是不易控制的。因此为了分析的方便，图1中做如下假设 两只单体电池初始端电压一样，荷电态都为100% ；两只单体电池并联后以总电流为恒定 100A(100% )的电流放电；两只单体电池各以50A(50% )的放电电流，相同的放电终止电 压下放电容量相同；由于内阻、连接电阻等一致性方面原因，导致两只电池的放电平台(放 电时的动态电压)相差较大，假设电池A的放电平台比电池B的放电平台高0.3V。则两只 单体电池并联放电时放电电流百分比与放电时间进度的曲线一般如图2所示。如图2所示，在放电初期，放电平台高的电池A的放电电流会大于放电平台低的电 池B的放电电流，即放电初期，电池A的放电电流会大于50A(50% )的平均放电电流，或称 为与容量成正比的电流，而电池B的放电电流会小于50A(50% )的平均放电电流；在放电末期，放电平台高的电池A的放电电流会小于放电平台低的电池B的放电电流，即放电末期，电池A的放电电流会小于平均放电电流，电池B的放电电流会大于平均放电电流。其原因在于，单体电池并联充放电过程中，正常情况下根据电工学原理，每只单体 电池的端电压是一样的，因此在放电初期，由于同样电流下电池A的放电平台比电池B的放 电平台高，只有电池A的放电电流相对大时，电池A的极化才能相对较大，电池A的放电电 压才能降低0. 3V左右，这样才能保证放电初期电池A和电池B的端电压一致。因此放电初 期，放电平台高的电池A的放电电流必然会大于平均电流，理论上分析，极端情况下电池A 的放电电流都有可能接近100%。随着放电的进行，由于开始时电池A的放电电流大，其放 出的容量比电池B的多得越来越多，电池A的荷电态也就越来越低，荷电态对应的电压也就 越来越低，为了保证电池A的端电压和电池B的端电压一致，电池A的放电电流和极化也就 越来越小，而电池B的放电电流也就越来越大，理论上分析，极端情况下放电末期电池B的 放电电流也有可能接近100%。同理，对初始端电压一样，荷电态都为0 %，在平均充电电流和同样的充电截止电 压等相同充电条件下充电容量相同，但是由于内阻、连接电阻等一致性方面原因，导致电池 的充电平台(充电时的动态电压)相差较大的两只单体电池并联充电时会出现充电平台高 的电池充电电流开始会小于平均电流，但随后其充电电流会越来越大，甚至会出现大于平 均电流的现象。因此不管是组合形式一还是组合形式二，均会由于并联电池或并联极片之间充放 电平台、内阻、容量、使用次数等的不一致导致电流密度分布的不一致，这又将进一步导致 电池或极片之间使用条件的不一致，从而更加导致电池或极片有时电流密度大、发热、放电 平台变低、充电平台变高、循环性能变差等情况出现。由于循环末期电池或极片之间的一致 性在变差，电流密度分布也就越不一致，因此在循环末期，电池性能的衰减是加剧的。可见并联电池之间电流密度分布的不一致性主要是由并联电池的数量、并联电池 之间充放电平台差和电池不同电流下充放电特性等决定。因此并联电池数量越多或并联极 片数量越多也就是单体电池容量越大，充放电时并联单体电池之间或电池内部电流密度差 异就可能越大。这是大容量单体电池或小容量电池并联成大容量电池的性能远不如类似工 艺条件制得的小容量电池的性能，特别是在循环的末期差距更加明显的一个重要原因；也 是大容量单体电池或大容量电池有时在小倍率电流下循环性能好，但相对于类似工艺条件 制得的小容量电池，大倍率电流循环性能不好的一个重要原因。因此对于大容量电池不建 议采用快速大电流充电和大电流放电。另外可知，高功率大容量电池组对电池的一致性要 求更高，对设备、材料等的要求也更高。对于锂二次电池组而言，由于锂二次电池一旦被过充电或过放电，电池就可能会 被损坏，出现电池容量降低、循环寿命减少等情况，严重时还会发生爆炸和燃烧的现象。因 此锂二次电池组在使用时一般采用电池管理系统对锂二次电池组中每一只单体电池进行 过充电和过放电保护。对于组合形式一，电池管理系统从成本和可靠性考虑不可能对每只 单体电池的电流进行监控，另外即使能做到监控，也不是从根本上改善上述问题。对于组合形式二中的大容量单体电池，类似于并联单体电池之间的电流密度分布 不均的现象可能会更为严重，因为大容量单体电池极片的状态，如面密度、厚度等，及常用 的焊接方式，如超声波焊接、电阻点焊、激光焊、铆接、螺接等，与小容量电池相比都更难保证所有极片的一致性，从而导致极片之间的差异会更大，最终导致大容量单体电池内部电流密度分布可能更为不均。而在制造大容量单体电池过程中，由于粉尘、毛刺、铁屑、水份等 杂质，隔膜亮点、极片亮点、负极极片露箔等缺陷，以及设备的精度和稳定性等的影响都会 使电池制造过程中的不良率与电池容量的大小成正相关的关系，甚至是指数的关系，因此 大容量单体电池的制造合格率远低于小容量电池。另外，大容量单体电池由于内部短路和 滥用等易导致热量聚集甚至热失控而产生安全性问题；大电流充放电时的散热性能；自放 电的可检测性；控制电池的一致性从统计学的角度是控制电池的离散性，由于大容量电池 的数量少筛选时可供选择的余地相对就少，以及大容量电池尺寸的通用性等多方面因素都 限制了大容量单体电池即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池组，其特征在于：包括多个相互并联的电池组单元，所述每个电池组单元由至少２个二次电池串联组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林道勇，
申请(专利权)人：林道勇，山东润峰集团新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]