闫旭明，丁卓，周朋飞
奇瑞商用车（安徽）有限公司，安徽省 芜湖市 241000
摘 要：以某动力电池公司所生产的磷酸铁锂电池售后数据为研究对象，分析了其压差故障的产生原因。随机抽取若干上述故障电池单体拆解，分析并归类故障产生原因，并对应生产工序，从生产过程进行改进提升，解决压差故障产生的根本原因，从而降低压差故障发生几率。
关键词：动力电池；电压差；过程控制
0 引言
锂电池具有循环寿命，容量比高，轻便，无记忆等优点，已经越来越多地应用在电动汽车上。但由于锂电池本身的结构特性，由百余个单体电芯并串联接而来，因此极易产生由于单体电芯之间的电压差而导致的故障。电池的电芯电压差一致性产生的故障较多，严重时甚至导致安抛。例如一个340V的电池组，当有一个电芯已经先到4.2V保护值的时候，此时保护板的充电功能就会关闭，其他电芯即使只充到3.9V也将无法再进行容量补充了。在放电的时候，容量低的就会先到下限保护电压值，即使其电池还有容量没有放完，保护板也关掉放电功能，这就是所说的木桶效应，而且会越来越严重，如继续使用，压差会造成电池组的整体效能发挥失效，主要体现在行程变短，无法上电，行驶中断电，充不满电等现象。
针对这个情况，以某动力电池公司所生产的磷酸铁锂电池售后数据为研究对象，分析了其压差故障的产生原因。从生产过程各工序进行优化改进，降低压差产生几率。
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1力电池售后市场压差问题原因分析
针对某动力电池公司的市场动力电池故障数据，抽取压差故障，对故障电芯进行拆解分析，对表现的故障原因进行分类。从而得到表一，压差产生的原因主要有六大类，分别是电芯内部存在粉尘/颗粒（自放电）、金属碎片颗粒、极耳弯曲/折断、模组焊偏、库存时间长、激光焊接焊渣、壳体短路、其他问题。
案例1：
问题描述：电芯内部粉尘异物刺穿隔膜等导致内短路从而表现为自放电大，产生压差。 产生原因： 模块中1PCS电芯内部1处粉尘颗粒刺穿隔膜导致电芯自放电大，电芯低压。老化时间较短，极个别电芯自放电筛选时未有效识别出。
案例2：
问题描述：极耳卷绕过程中打折，导致压差异常。
产生原因：模块中1pcs电芯内部1片负极底角翻折，造成电芯内部出现微短路，自放电大，电芯低压。设备未增加光纤感应，电芯内部部分极片翻折无法识别，后工序外观全检也无法识别。
案例3：
问题描述：极耳虚焊导致压差。
产生原因： 1、极耳存在脏污影响点焊电流 ； 2、极耳与导流排存在间隙，导致极耳焊接不牢固出现虚焊。
极耳焊接不牢固部分处于半粘连未脱焊状态，电池包静止状态下其阻值和导电性能无明显变化，经车辆长期运行颠簸后极耳出现脱焊。
案例4：
问题描述：焊接偏移
产生原因：拆解模块发现电芯顶盖焊接偏移，负极柱铝材与壳体接触导致自放电，焊接偏移原因分析为电芯厚度偏大，表面不平整，造成焊缝轨迹偏移；
2动力电池的压差问题分类
通过对市场问题分析归类得出，压差问题的主要原因是粉尘/颗粒（自放电）、金属碎片颗粒、极耳弯曲/折断、模组焊偏、库存时间长、激光焊接焊渣、壳体短路，这些故障对应的主要工序分别为：涂布、分切/切极耳、卷绕、极耳焊接、注液化成以及单体电芯之间的焊接等，
3工序能力提升
针对各个工序针对性的制定管控计划，例如切极耳工序通过增加静电除尘装置，增加激光除尘设备、增加粉尘吸附装置等手段，降低粉尘和金属颗粒含量，降低自放电率等方式，避免压差问题产生。
主要措施：
①生产车间洁净度管控：增购除湿系统，更换车间高效过滤器。
②车间洁净度等级标准由30等级提升至10万等级。
③封装前增加对叠芯吸尘，封装短路率明显下降。
④叠片机各个角及极耳增加光纤感应，如有极片翻折，设备自动报警停机。
⑤建立自动生产线，点焊由半自动升级为全自动点焊，并导入CCD感应检测。
4单体电池生产一致性管控
同一类型、规格的电池在容量、电压、内阻、自放电等方面的参数存在个体差异，组合成电池包在新能源电动汽车上使用时，其性能指标遵循“木桶效应”，性能指标往往达不到单体电池包的原有水平，从而影响到整车的性能。 如何减少电池组的“短板”，发挥电池组中的“长板”优势，使电池组性能符合“新木桶效应”。
①针对单体电芯进行如下管控：生产电芯容量的一致性、生产电芯内阻的一致性、生产电芯电压的一致性、生产电芯K值（自放电）的一致性、CCT/CVT的一致性……
不同工序有不同的设备和工艺控制点，例如
配料工序需要配备：系统自动上料称量系统、真空搅拌机、高速分散系统、双工序除磁系统等；
涂布工序需要配备：自动上料系统、双面挤压/喷覆高速涂布系统、≥12通道空气烘干系统、面密度在线检测设备等；
辊压工序需要配备：正极热压工艺、负极两次连轧工艺、在线测厚闭环控制系统、极片剥离强度检测设备等；
切极耳/卷绕/焊接等工序需要配备：在线X-Ray测试、全自动装配线、高速五金模切、带CCD全自动叠片机、自动铝塑膜拉伸机及顶侧封一体机、极耳数量和位置在线监控系统、焊接面积和焊渣在线监控和清理设备等；
注液工序需要配备：全自动高真空快速烘烤线、全自动注液线、全自动激光焊接生产设备、全自动氦气气密检测系统等；
化成工序需要配备：高温夹具压力化成系统、全自动二封成型线、全自动氦气气密检测系统等；
分容工序需要配备：全自动分容线、全自动配组系统等；
②针对电池包进行如下一致性管控：同组电芯的静态压差、同组电芯的动态压差、同组电芯充放电的温开一致性、同组电芯的DCR一致性、电池包的EOL一致性……
需要配备：全自动PACK线、激光焊接设备、电芯高度和厚度识别、螺栓力矩监控系统、恒温充放电检测系统、在线EOL设备、气密、重量检测设备、法规标识信息检测系统等。
通过科学的数据监控，对数据进行分析，依据数据对工序设备进行优化调整，逐步改进，从而提升对压差影响因素的控制，进一步降低压差的产生。
5结论
动力电池压差管理是一个世界级难题，目前没有一个厂家能够彻底解决这个问题，只能通过各种方式去探讨压差产生的原因，一步一步去针对性的降低。
通过对生产过程的工序提升和监控是降低压差问题发生的一个行之有效的方式，目前已经进行了有益的尝试，目前来看，效果是明显的，但还需要进一步去搜集数据，明确措施方案。
参考文献
[1]王刚，赵光金. 动力锂电池梯次利用与回收处理（第一版）
[M]. 北京：中国电力出版社，2015.
Wang Gang, Zhao Guangjin. Reuse and Recycling of Lithium- Ion Power Batteries(First press)[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2015(in Chinese).