文：電馳科研技術總監／羅玉林
動力電池作為電動汽車的重要組成部分，動力電池由多個串並聯電池電芯組成，受內外多種因素作用，電芯之間存在不一致性，使電芯之間存在電壓差，壓差不斷擴大是電池容量衰減的重要因素之一。
動力電池的一致性通常是指電芯之間差異性大小，可分為製造過程的一致性和使用過程的一致性。製造過程的一致性主要與製造工藝、生產控制水準等因素有關，使用過程的一致性主要取決於系統集成和電池管理，如圖1所示。
如果動力電池中的電芯發生問題，例如容量降低或者漏電等，那麼動力電池壓差將出現問題。伴隨著電池系統的使用， 壓差會進一步擴大， 由於木桶效應，放電時電壓最低的電芯會首先達到放電截止電壓，充電時電壓最高的電芯會率先達到充電截止電壓，進而影響電池容量以及車輛的續駛里程，如圖2所示。
對動力電池壓差產生的原因進行深入分析，通過過程分析及現場確認，找到電池壓差的主要成因，並據此提出合理可行的改善措施，為優化動力電池壓差問題具有重要的意義。
電池壓差分為靜態壓差和動態壓差，電池製造商會對電池的靜態壓差進行測試。電池包在充放電測試完畢，靜置一段時間後，測量電池包單串的最高電壓與最低電壓，兩者的差值即為壓差。
若這個差值高於規定的壓差要求，則判定為壓差大故障。而動態壓差則是指電池組在充放電過程中，因內阻、溫度等因素造成的電壓差異。這兩種壓差的增長都會損害電池性能和壽命。
靜態壓差產生的原因有電芯容量衰減率不一致，電芯自放電現象不一致等。當靜態壓差過大，代表電池組內電芯狀態不平均，會縮短電池壽命。
動態壓差是因電池組在充放電過程中有電流流動，由於內部阻抗變化而產生的電壓差。原因有電芯直流內阻增長不一致，連接板的連接點異常，例如鬆動或接觸不良，溫度差異導致的內阻不一致。當動態壓差過大可能導致電池組充放電效率降低，並在極端情況下損壞電池。不論靜態或動態壓差過大，都可能導致電池性能下降、壽命縮短，甚至增加安全風險。
單體電池壓差大產生的故障現象有下面幾種狀況：
- 續航里程縮短
如果壓差小於報警值，並不會影響車輛啟動行駛，只會降低其續航里程。如，正常情況下可行駛400Km，而實際續航僅300Km。這是因為動力電池包內部單體電芯是“並聯及串聯”的模式，遵循木桶定律，即：只要任意一個單體電芯放電至最低值電壓，那麼整個動力電池包將停止放電（充電同理）。 - 急加速過程中，車輛突然自行斷高壓
若壓差臨界於報警值，車輛在急加速過程中會導致壓差瞬間增大至報警值，車輛將自動切斷高壓輸出，待BMS監測到壓差恢復到報警值以下，故障將自動清除。 - 充電時間縮短，甚至無法充電
充電時單體電壓會迅速至滿電截止電壓，充電時間大大縮短，同時可能出現充電跳槍，直接無法充電的情況。
壓差生成的原因有電芯生產工藝的問題，異常電芯自放電量高的原因為卷芯有顆粒擊穿隔膜，電芯生產工藝是引起電池系統壓差問題的主要原因之一。另外，電芯內部極耳正負極片及隔膜微短路，極耳開裂導致導體電芯容量下降也是單體壓差產生的原因，總之，電芯內微短路，或者容量不一致均會導致壓差產生。不同電芯自放電率(自放電容量/ 額定容量)存在差異無法避免，須使用均衡功能使電芯電壓趨於一致，彌補電芯間的自放電率差值。
在電氣連接方面，電池連接銅排緊固螺母鬆動；連接面有汙物；電芯焊接連接銅排虛焊；線束未插接到位元等會導致單體電壓採集不準，使系統產生壓差不良，採樣回路異常也是壓差主因之一。
電池壓差的改善方案是當單體壓差較小時，可通過電池主動或者被動均衡解決；當單體壓差接近報警值時，且BMS無法主動均衡時，說明動力電池內部電壓採集、BMS均衡或者單體電芯損壞，需開箱檢查並更換電芯或者是損壞電芯所在的整個模組，如圖3－4所示。
在整包生產過程，要控制其動態壓差，必須先管控靜態壓差。一般靜態壓差大的，其動態基本呈現同樣趨勢。故在電池包裝配前，要用診斷儀對單模組和整個電池包內模組的靜態電壓進行測試，計算其壓差。一般單模組的靜態壓差要小於10mV（實際大多分佈在5mV以內），整個電池包的靜態壓差要小於15或20mV。對於壓差大於50 mV 的電池系統， 需要均衡補電，需要通過手動均衡維護或更換模組的辦法使壓差問題得到改善。均衡合格標準為分佈在5mV以內，如圖5－7所示。
針對動力電池系統壓差問題，採用大資料分析與現場拆解方法，發現問題原因有電芯生產工藝、電芯內阻及自放電率異常、電芯自放電率一致性和均衡能力不匹配，以及電芯內部極耳正負極片及隔膜微短路。
針對問題原因， 提出解決方法， 包括對自放電率異常電芯進行手動均衡維護或更換模組， 更換BMS外殼材質提高散熱能力並優化均衡策略，各優化措施有效改善了電池系統的壓差過大問題，這為壓差問題提供了分析思路和解決方法。
