【奥特能电池强调温度一致性，有什么道理？】除高温之外，低温对电池寿命也有显著影响：高温会加速SEI膜生成、低温会带来锂析出现象(Li Plating)【图1】。
更为全面地，我们可以净电芯衰减分类为7种模式[11]【图2】。此外，文献[12]按活性锂离子损失(LLI,the loss of lithium inventory) 与活性材料损失(LAM,the loss of active material)两大类进行了更为细致的分析【图3】。
【从电芯寿命到电池包寿命】
电池一致性主要由生产环节的制造一致性与使用环节的温度一致性，电池管理系统能够掌控的就是提升使用环节的温度一致性。
中国工程院院士孙逢春很早就研究过电芯寿命与电池包寿命之间的关联[9]【图4】：当电芯数量增加或电芯寿命延长时，电芯之间的不一致性将扩大，这会显著限制电池组的使用寿命。
研究显示：电芯寿命从300循环提升至1200循环，电池包寿命仅从132循环提至191循环。反过来讲则是一个好消息：如果能降低电芯之间的不一致性，那么电池包的寿命将有大幅提升！
一篇博士论文系统分析了不一致性对电池包可用容量的影响[10]。如下图【图5】，横坐标为电芯容量、纵坐标为电芯电量。根据前文提到的电芯衰减模式不同:
- 当1号电芯沿B方向衰减导致电池包可用容量P衰减时，可以通过均衡的方式来恢复；
- 当1号电芯沿A方向运动时，它将带来电池包可用容量P的永久衰减。
概括来说，除了防止过充、过放等滥用情况之外，将每个电芯温度控制在适宜范围内，这是降低电池包可用容量P永久衰减的重要措施。
【天然存在的温度不一致性】
既然影响电池寿命的关键因素是温度，那么我们在电池热管理方面做点工作不就行了？
比如说，像Leaf那样动力弱、充电慢的电池包，采用风冷系统进行热管理；而现在大部分电车的动力性能强、充电快的电池包产热比较多，那咱们上液冷，问题不就解决了？
实际上没这么简单！寸土寸金的电池包内设计热管理系统，需要借助计算流体力学与传热学进行仿真分析与试验验室，一是要提升散热/传热效率，二是要保证电池包的内部温度尽可能相同！如下图就是风冷与液冷设计的典型设计方案[8]【图6】：
让电池包内部的温度尽可能相同，也就是所谓的温度一致性。举例来说明，考虑最简单的一维设计【图7】：
• 图(a)，简单流道：冷却载体(风冷为空气、液冷为水或冷却液)从左向右流动，这会带来一个问题：右侧的冷却液温度较高，散热效果较差，最右侧单体电池的温度就会显著高于最左侧。
• 图(b)，楔形流道：楔形流道使得右侧的冷却载体流速加快，对冲了冷却液温度较高的因素，从而使得效果好于前一种。问题是电池包内部是寸土寸金，楔形的角度不可能设计得很大，所以这种设计的效果也不会好太多。
• 图(c)，往复流道：冷却液周期性地改变流向，从而削弱了一半的温度差异。然而，这种方案也有代价，如果是风冷可以使用风扇交替吹风来实现，但如果是液冷，在工程上就需要复杂的流道设计来实现。
从这个简单的一维例子中，我们就可以看出消除温度不一致性有多困难。在一个类似特斯拉的圆柱电芯水冷散热方案中，精心设计的方案之下依然存在1.4°C甚至更低的温度差[13]【图8】。
从绝对数值来看，1.4°C是一个相当优秀的水平，但这只是6电芯的电池组在实验室非极端情况下的表现。若扩展到数百个电芯、东北地区的温度剧变环境下，很难保持。
[7]Myall, Daniel, et al. "Accelerated reported battery capacity loss in 30 kWh variants of the Nissan Leaf." (2018)
Accelerated reported battery capacity loss in 30 kWh variants of the Nissan Leaf.pdf
[8] Kharabati, Sajjad, and Seyfolah Saedodin. "A systematic review of thermal management techniques for electric vehicle batteries." Journal of Energy Storage 75 (2024): 109586.
A systematic review of thermal management techniques for electric.pdf
[9] 王震坡, 孙逢春, 林程. 不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析[J]. 北京理工大学学报: 2006,(07):577-580.
不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析_王震坡.pdf
[10] 郑岳久. 车用锂离子动力电池组的一致性研究[D]. 北京: 清华大学, 2014.
[11] Zheng, Yuejiu, et al. "Understanding aging mechanisms in lithium-ion battery packs: From cell capacity loss to pack capacity evolution." Journal of Power Sources 278 (2015): 287-295.
Understanding aging mechanisms in lithium-ion battery packs From.pdf
[12]Xiong, Rui, et al. "Lithium-ion battery aging mechanisms and diagnosis method for automotive applications: Recent advances and perspectives." Renewable and Sustainable Energy Reviews 131 (2020): 110048.
Lithium-ion battery aging mechanisms and diagnosis method for.pdf
[13] Yang, Naixing, et al. "Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: A comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements." Applied thermal engineering 80 (2015): 55-65.
1-s2.0-S1359431115000630-main.pdf
[14] Attia, Peter M., et al. "“Knees” in lithium-ion battery aging trajectories." Journal of The Electrochemical Society 169.6 (2022): 060517.
#新能源大牛说##微博新知##奥特能#
更为全面地，我们可以净电芯衰减分类为7种模式[11]【图2】。此外，文献[12]按活性锂离子损失(LLI,the loss of lithium inventory) 与活性材料损失(LAM,the loss of active material)两大类进行了更为细致的分析【图3】。
【从电芯寿命到电池包寿命】
电池一致性主要由生产环节的制造一致性与使用环节的温度一致性，电池管理系统能够掌控的就是提升使用环节的温度一致性。
中国工程院院士孙逢春很早就研究过电芯寿命与电池包寿命之间的关联[9]【图4】：当电芯数量增加或电芯寿命延长时，电芯之间的不一致性将扩大，这会显著限制电池组的使用寿命。
研究显示：电芯寿命从300循环提升至1200循环，电池包寿命仅从132循环提至191循环。反过来讲则是一个好消息：如果能降低电芯之间的不一致性，那么电池包的寿命将有大幅提升！
一篇博士论文系统分析了不一致性对电池包可用容量的影响[10]。如下图【图5】，横坐标为电芯容量、纵坐标为电芯电量。根据前文提到的电芯衰减模式不同:
- 当1号电芯沿B方向衰减导致电池包可用容量P衰减时，可以通过均衡的方式来恢复；
- 当1号电芯沿A方向运动时，它将带来电池包可用容量P的永久衰减。
概括来说，除了防止过充、过放等滥用情况之外，将每个电芯温度控制在适宜范围内，这是降低电池包可用容量P永久衰减的重要措施。
【天然存在的温度不一致性】
既然影响电池寿命的关键因素是温度，那么我们在电池热管理方面做点工作不就行了？
比如说，像Leaf那样动力弱、充电慢的电池包，采用风冷系统进行热管理；而现在大部分电车的动力性能强、充电快的电池包产热比较多，那咱们上液冷，问题不就解决了？
实际上没这么简单！寸土寸金的电池包内设计热管理系统，需要借助计算流体力学与传热学进行仿真分析与试验验室，一是要提升散热/传热效率，二是要保证电池包的内部温度尽可能相同！如下图就是风冷与液冷设计的典型设计方案[8]【图6】：
让电池包内部的温度尽可能相同，也就是所谓的温度一致性。举例来说明，考虑最简单的一维设计【图7】：
• 图(a)，简单流道：冷却载体(风冷为空气、液冷为水或冷却液)从左向右流动，这会带来一个问题：右侧的冷却液温度较高，散热效果较差，最右侧单体电池的温度就会显著高于最左侧。
• 图(b)，楔形流道：楔形流道使得右侧的冷却载体流速加快，对冲了冷却液温度较高的因素，从而使得效果好于前一种。问题是电池包内部是寸土寸金，楔形的角度不可能设计得很大，所以这种设计的效果也不会好太多。
• 图(c)，往复流道：冷却液周期性地改变流向，从而削弱了一半的温度差异。然而，这种方案也有代价，如果是风冷可以使用风扇交替吹风来实现，但如果是液冷，在工程上就需要复杂的流道设计来实现。
从这个简单的一维例子中，我们就可以看出消除温度不一致性有多困难。在一个类似特斯拉的圆柱电芯水冷散热方案中，精心设计的方案之下依然存在1.4°C甚至更低的温度差[13]【图8】。
从绝对数值来看，1.4°C是一个相当优秀的水平，但这只是6电芯的电池组在实验室非极端情况下的表现。若扩展到数百个电芯、东北地区的温度剧变环境下，很难保持。
[7]Myall, Daniel, et al. "Accelerated reported battery capacity loss in 30 kWh variants of the Nissan Leaf." (2018)
Accelerated reported battery capacity loss in 30 kWh variants of the Nissan Leaf.pdf
[8] Kharabati, Sajjad, and Seyfolah Saedodin. "A systematic review of thermal management techniques for electric vehicle batteries." Journal of Energy Storage 75 (2024): 109586.
A systematic review of thermal management techniques for electric.pdf
[9] 王震坡, 孙逢春, 林程. 不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析[J]. 北京理工大学学报: 2006,(07):577-580.
不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析_王震坡.pdf
[10] 郑岳久. 车用锂离子动力电池组的一致性研究[D]. 北京: 清华大学, 2014.
[11] Zheng, Yuejiu, et al. "Understanding aging mechanisms in lithium-ion battery packs: From cell capacity loss to pack capacity evolution." Journal of Power Sources 278 (2015): 287-295.
Understanding aging mechanisms in lithium-ion battery packs From.pdf
[12]Xiong, Rui, et al. "Lithium-ion battery aging mechanisms and diagnosis method for automotive applications: Recent advances and perspectives." Renewable and Sustainable Energy Reviews 131 (2020): 110048.
Lithium-ion battery aging mechanisms and diagnosis method for.pdf
[13] Yang, Naixing, et al. "Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: A comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements." Applied thermal engineering 80 (2015): 55-65.
1-s2.0-S1359431115000630-main.pdf
[14] Attia, Peter M., et al. "“Knees” in lithium-ion battery aging trajectories." Journal of The Electrochemical Society 169.6 (2022): 060517.
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『罗一舟丨梦想继续，未来可期』https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5OTc2Njg4Mg==&mid=2651000373&idx=1&sn=a33daf95a79daec0deaa5581e8b42c5a&chksm=bcc1d0388bb6592e427ed33cb2249aa8bff24403f9bcd5beb6ab26ab7f803c1a1247d3b40e8c&mpshare=1&srcid=0201rbu1lGxPEQxlXtABcMjc&sharer_shareinfo=73260fa88749b5dd9328ec144190abb1&sharer_shareinfo_first=b0cdca30ec1fb4147344fce2ec950946&from=groupmessage&scene=1&subscene=10000&sessionid=1706784389&clicktime=1706785221&enterid=1706785221&ascene=1&fasttmpl_type=0&fasttmpl_fullversion=7057937-zh_CN-zip&fasttmpl_flag=0&realreporttime=1706785221590&devicetype=android-31&version=28002e37&nettype=WIFI&abtest_cookie=AAACAA%3D%3D&lang=zh_CN&countrycode=CN&exportkey=n_ChQIAhIQg7tIr24vNJBvwNk2UggrlhLnAQIE97dBBAEAAAAAAPWHGkflWJQAAAAOpnltbLcz9gKNyK89dVj0h9oo5RuI4EQLFK9TBM9ofWV3yJw4DNEn30SjGRVlw3ltZmdWCCrAO0XmrYBgQ3eReJVb5vncp2PNj2nthkuMYV5oN45L%2FYgbEW6S%2BrUtyhESrE1BH%2BHIg22LHmU8LKbb75Yydmb5Y3D0a8GqKhKMVTE%2FQd4kUpxMEyKpXbPFqAzVsGaJSzaMtQf8c5%2FvswdJ6NNIbVoAmSvDb%2FXxu%2BQAX5C9bcSa%2FcQ1YoaE67os5TRYbZxUhCSwrtt3%2BP9XmkP7Fg%3D%3D&pass_ticket=Mgd2ONwe7vTmJoTrf5IqLsQ%2FOVQ3eSNurHoJI1KRTISD7h4QHKC1QILcdxAAnT3gPVqO3njCdOtGHfxXNQZ0pA%3D%3D&wx_header=3
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