简述动力电池包电芯的充电能力和自放电特性
来源：宝鄂实业
2019-05-21 11:54
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1 充电特性
电池包的充电特性，尤其充电时间，是用户关注的一个焦点。而动辄充电几个小时，是传统车诟病电动汽车的一个重要槽点。但是，不同类型的车型应用，实际上并不需要全部都追求快充。比如清洁专用车，巡逻车等这类对车辆的机动性要求不高的车辆，耗费成本追求快充就是没有必要的。一般乘用车，如果在快充与慢充车型之间拉开价格差距，相信也会有一部分生活轨迹比较稳定的人会选择充电没有那么快的车型
电池充电特性影响因素。
电芯自身因素。从电池内部的微观过程看，充电过程，就是锂离子从负极迁出，嵌入正极的过程。过程中，活性锂离子的运动越顺畅，自负而正的运动动力越足，则充电的阻碍越小，允许的充电电流就越大。那么，妨碍大电流充电的特性，总体上都体现为电池充电内阻。在高倍率的工况下，电池内部极化电阻随着电流的增加而增大，电池端电压迅速达到截止条件，充电结束，使得电池可用容量减小。
电池包散热能力。除了电池自身充电接受能力以外，电池包的散热能力也是限制电池充电倍率的一大因素。当电芯自身条件确定，单体电芯发热，热量的积累，造成电池包内环境温度上升。任其自由发展，则可能在充电并未完成时，电池温度已经触及允许上限。因此，给快充电池包配备相应的散热系统，是提高充电能力的一个前提条件。
充电内阻同样包含欧姆内阻和极化内阻两个部分，他们都会受到温度的影响，温度越低，充电内阻总体表现越大，反之，则降低。具体的，欧姆内阻由电池内部导电部件的固有内阻构成，是一个比较稳定的组成部分，除了温度变化带来的影响，不会有太明显的变化。极化内阻直接受到充电电流的影响。
极化内阻包括浓差极化和电化学极化两个部分。极化现象主要包含两部分，一种是由于电池电极表面生成各种的膜，比如氧化膜、钝化膜和吸附膜等，离子在穿过的时候产生一定的阻抗特性，同时由于电极界面与电解液界面之间形成一定的双电层电容，这种现象整体以电压变化的形式表现出来，即电化学极化电压；另一种是由于离子在充放电过程中，通过表面膜后进入电解液或者固相电极材料内部，然后在外电势和浓差作用下，进行对流扩散现象，对外表现出来的电压变化现象称为浓差极化电压。
温度对极化电阻的影响。在低温条件下，影响电池充放电特性的主要因素是电化学的极化特性，随着实验进行，浓差扩散阻抗逐渐表现出来；而在高温条件下，反应物的活性得到大幅提高，加快了电化学反应速率，使得电化学阻抗现象变弱，浓差极化成为充电阻抗的主要组成部分。
不同SOC阶段对极化电阻的影响。当 SOC处两极端时，极化阻抗值明显高于其他 SOC 状态下的数值，产生的结果相同，但是产生的原理具有差异性：当 SOC 处于低端时，正极具有较高的锂离子浓度，内部的锂离子要经过较长的固相扩散途径来源源不断地提供相应倍率的离子流，脱出的路径比较长，造成阻抗值大；而当 SOC 处于高端时，情况与低端正好相反，交流阻抗主要受限于负极的固相扩散系数和路径的大小；当 SOC 处于之间位置时，正好介于上述两种情况，锂离子的嵌入和迁出的路径都比较短，相对容易实现，表现出来的阻抗值较小，具有较强的嵌入和迁出能力，可以实现在较短的时间内，进行高倍率的电流充放电。
充电模式的影响。不同的充电模式对电池温度和端电压的影响比较大，均值相等的电流在恒流模式下温度上升比较高，而且端电压也处于较高状态，表明电池内部电极附近的阻抗特性比较大，离子的嵌入和迁出过程中阻抗大，难以实现高倍率充放，即电池持续提供高倍率等效电流的离子速率比较困难。因此，有人研究各种充电电流加载方式，以期降低充电极化带来的不利影响。比如脉冲充电，甚至反向脉冲充电等。
2 自放电特性
比较而言，锂电池自放电率并不算高，因此，考虑自放电，并非是担心能量损失，而是电芯的自放电率，是电芯制造质量的重要标志。可能对自放电性能带来影响的因素主要包括下面几个方面。
在这些因素中，过于明显的副反应，内部短路和隔膜缺陷的存在，化成后SEI膜存在严重缺陷，根据程度不同，说明了电芯质量所在档次不同。
1） 影响自放电率的先天因素
开路放置的电池为什么会损失电荷？先天的影响主要来自于电池内部电化学材料损失和电芯内部短路。电芯材料的损失为不可逆反应，造成电芯容量的损失，损失的多少，是容量恢复性能的体现；短路造成的电量损失，消耗了当前电量，容量不受这部分反应的影响。
