锂电池已经在电动汽车上得到了广泛应用，这是由它的特点决定的，比如使用寿命长、能量密度高、输出功率大等。未来随着电池技术的发展，锂电池还具有很大的改进潜力，安全性进一步提高，能量和功率密度继续上升，充电速度越来越快等，这些都是锂电池技术的发展目标。但在锂电池的发展过程中同样面临着一些挑战，比如锂电池的一致性问题，这会降低电池组的可用容量并缩短电池组的寿命，本文就来谈谈这个问题。

1. 锂电池面临的问题

现在广泛使用的锂电池，如圆柱电池、软包电池、方形电池等，它们的体积都比较小，完全没有传统的铅酸电池那样的大块头，这是为什么呢？主要是因为锂电池的能量密度高。铅酸电池的能量密度在40Wh/kg左右，而锂电池的能量密度一般都超过150Wh/kg，能量密度高了，对安全性的要求相应提高，所以锂电池往往不敢设计成大容量。

首先，如果锂电池电芯设计成大容量，在遇到意外的情况下，比如热失控或穿刺等，电池内部材料急剧反应，短时间内就会产生大量热量，这是非常危险的。特别是在锂电池安全管理技术还不是很成熟的情况下，单只电池的容量都应该受到限制。

其次，锂电池电芯外部都用金属壳体包裹起来，一旦出现意外，灭火剂无法触及，只能在发生事故时隔离现场，任由电池燃烧直到能量耗尽为止。

考虑到上面的问题，技术人员在设计锂电池时加入了各种安全防护措施，以圆柱电池为例：

（1）安全阀。当电池内部出现异常现象，温度上升，并且伴随生成副反应气体，压力达到设计值时，安全阀开启，泄掉内部压力。

（2）热敏电阻。有的电芯配置了热敏电阻，一旦电池温度达到设定值后，热敏电阻阻值增大，电池回路电流减小，阻止温度的进一步升高。

（3）熔断器。电芯配备具有过流熔断功能的熔丝，一旦电流超过允许值，熔丝自动断开，有效保护电芯。

2. 锂电池电芯不一致的概念

锂电池电芯参数的不一致主要指电芯容量、内阻和开路电压的不一致，而且这些参数会随着电芯在使用过程中的充放电循环而不断加大，导致电芯状态（SOC、电压等）产生更大的差异，从而使某些电芯性能加速衰减，并最终导致电池组过早失效。

锂电池组不一致的原因主要包括两个方面：

（1）制造过程中存在工艺上的问题和材质不均匀等问题，使不同电芯的材料存在微小差别。

（2）装车使用时，锂电池组中各个电池的电解液密度、温度和通风条件、自放电程度及充放电过程等差别的影响。

3. 电芯为什么要保持一致

上面提到过，锂电池由于能量密度高以及出于安全考虑，不能做的很大，所以只好把众多小电芯通过串并联的方式集合起来，也能为电动汽车提供足够的能量，比如特斯拉的Model S的动力电池就是由7000多颗小的圆柱电池组成的。但是，在使用这些电池时，就会面临一个问题，就是锂电池电芯的一致性，这是因为不一致的电芯串并在一起使用时会出现以下问题：

（1）容量损失。

由多颗电芯组成的电池组，它的容量符合木桶原理，也就是整体的容量由最差的那颗电芯的容量决定。

这是由电池管理系统的控制逻辑决定的。为了防止电池过充或过放，放电时，当最低的单体电芯电压达到放电截止电压时，整个电池组停止放电；充电时，当最高的单体电芯电压达到充电截止电压时，整个电池组停止充电。这样，充电时，容量小的电芯必然最先充满，达到充电截止条件，电池组停止充电；放电时，容量小的电芯也最先放电完毕，达到放电截止电压，电池组停止放电。所以，容量小的电芯始终满充满放，容量大的电芯却只能使用一部分容量，导致整个电池组的容量得不到有效利用。

（2）寿命损失。

电池组的寿命由寿命最短的那颗电芯决定，而且寿命最短的那颗电芯就是容量最小的那颗电芯。因为小容量电芯，每次充放电都是满充满放，很大可能最先达到寿命终点。一旦一颗电芯寿命终结，整个电池组就不能继续使用，否则就会引发安全事故。

（3）内阻增大。

不同内阻的电芯，流过相同的电流，内阻大的电芯发热量就相对较多，导致电池温度较高，造成劣化速度加快，内阻又会进一步变大。这样，内阻和温度形成了一对正反馈，使高内阻电芯加速劣化。

4. 电芯不一致应对措施

电芯参数的不一致，都是在生产中形成，在使用中加深。为了应对电芯的不一致，主要采取以下几个措施：

（1）分选

不同批次的电芯，不能放在一起成组。即使相同批次的电芯，也要经过筛选，把参数相对一致的电芯放在同一个电池组内使用。

（2）电芯均衡管理

电芯单体的不一致，主要表现在某些电芯的端电压，总是超前于其它电芯，最先到达充电或放电截止电压，导致整个电池组的可用容量变小。为了解决这个问题，在电池管理系统中加入了均衡功能。也就是说，当某颗电芯领先其它电芯到达充电截止电压时，电池管理系统启动均衡功能，或者接入电阻，放掉高压电芯的部分能量，或者采用主动均衡措施，把高压电池中的能量转移到低压电芯中去。这样，充电截止条件被解除，充电过程重新开始，电池包就能够充入更多电量。

（3）热管理。

针对内阻不一致的电芯产生的热量不同的问题，电池管理系统加入了热管理功能。通过加热或者冷却装置，能够调节整个电池组内的温差，使之保持在一个较小的范围内。这样，产生热量较多的电芯，它的温度依然偏高，但不会与其它电芯产生大的偏差，电芯之间的劣化程度就不会出现明显的差距。

以上介绍了锂电池电芯不一致的概念，电芯不一致在电池组使用中带来的问题以及应对电芯不一致的措施。直到现在，电芯的不一致性，仍然是行业内研究的重点，而且电芯各状态的算法并不成熟，存在误差较大的问题，这些会直接影响电池包的寿命和容量的有效利用。