产业计量-研发动力电池化成分容柜在线校准系统提升电池单体一致性

1 案例情况

1.1 实施背景

       动力电池是电动汽车的重要组成部分。目前，动力电池产品性能、质量和性价比仍有待提高，以满足新能源汽车进一步推广普及的需求。动力电池单体一致性差是影响动力电池组续航里程和使用寿命的关键因素。电池单体一致性差将导致充放电失衡，并在充放电过程中会产生大量的热量，引起电池内部温度不均衡和热失控，加速电池老化。为解决此问题，一般采用化成分容柜对相近容量、内阻、电压和电流输出特性的电池单体进行分类筛选，选配充放电过程中曲线较接近、相对距离较小、曲线围取的面积较小、组间差异较小的电芯进行配组，从而实现最优的一致配组。

1.2 案例简介

       目前，动力电池化成分容柜电流、电压和温度参数量值溯源手段滞后。国内动力电池生产企业对生产线化成分容柜的常规检校方法是采用手动测试设备触点两端电压和电流，该方法一次只能校准一组触点，而每条生产线上堆栈式充放电柜至少有100个，每个充放电柜有8~48个通道。使用人工校检速度慢且需要停工，严重影响生产，多数企业仅采用产品抽检的方式验证一致性。因此，亟须研发可不停产校准的动力电池化成分容柜在线校准系统。

2 案例具体做法及取得成效

2.1 需求分析

       最新的电池集成化生产设备会在电池堆栈式化成分容柜上加装校准系统，定期对化成分容柜的所有触点进行全自动校准。但目前国内动力电池生产企业的存量化成分容柜大多不具备此功能，进行大规模改造成本较高，因此需针对存量化成分容柜开发模组式可分拆的电池化成分容柜在线校准装置。

2.2 技术难点

       由于化成分容设备间隔内安装的探针和传感器批次不同，间隔的空间尺寸大小也各不相同，而且间隔内的布线走线方式也存在各种差异，因此校准检测设备只能依托电池仓设计。设备内部空间有限，非接触传感器需紧贴电池仓面布置，尽量小型化。同时，由于目前市面上的化成分容设备型号多、结构不同，校准设备需针对化成分容设备的结构进行设计生产。

2.3 解决方案

       通过设计多回路同步测量，研制多回路电池模拟托盘校准装置，实现测试触点的电流、电压和温度信息采集，后端采用钛酸锂电池作为充放电回路的电能储存单元。结合数据无线发射系统搭建在线监测平台，实时对每对触点电压、电流和温度信息进行自动记录和处理，并及时筛选出异常触点，实现堆栈式充放电柜的巡回校检和数据记录功能，可在产线正常生产的情况下实现充放电柜自动巡回校检。校准装置定期按实验室校准方式进行准确度校准，以保证整个系统的测量精度达到设计要求。

2.4 具体成效

       国家新能源汽车储供能产业计量测试中心（以下简称“中心”）自主研制的化成分容柜在线校准系统在合肥国轩高科动力能源有限公司和中盐安徽红四方锂电有限公司等得到了应用，实现了在不改变产线设备工作运行状态的前提下，对生产线动力电池化成分容柜关键参数的全自动、全量程校准，通过数据分析实现设备运行状态监控、故障预警和异常报警等，大幅提高了动力电池产品品质控制能力和单体电池产品性能一致性水平。

3 案例创新点及应用推广价值

3.1 创新点

       动力电池化成分容柜在线校准系统是国内首创的在线校准系统，能够在不改变生产线设备工作运行状态的情况下，实现对动力电池化成分容柜关键参数实时、在线、巡回校准，解决了当前停工停产计量、异常处理滞后的问题。同时，中心制定发布了JJF（皖）132—2022《电池充放电测试设备在线校准规范》，并授权专利2项。

3.2 推广价值

       目前，中心利用本项目的研究成果和核心关键技术已为多家企业研发了化成分容柜在线校准系统，极大地提升了动力电池生产线分容化成工序的效率和准确性。系统已在多家动力电池生产企业进行产业化推广，为产业关键参数测量提供计量保障。

作者：安徽省计量科学研究院（国家新能源汽车储供能产业计量测试中心） 吴晓燕