电池包是由多支电芯经过并联与串联后制成的，放电能量与压差是衡量电池包性能的重要标准。在电性能测试后，部分电池包会出现放电能量不合格的问题，而单串电芯“充高放低”是导致该问题常见的原因之一，本文结合PACK工艺，对该问题进行详细介绍。

 

       什么是“充高放低”？

 

       在电池包充放电时，为防止出现单体电芯的过充与过放，BMS会根据设定的保护电压值各串电芯进行电压保护。在充电过程中，当电池包中存在单串的电芯率先达到电压保护上限时（磷酸铁锂电芯通常为3.65V），BMS即切断电流，电池包结束充电，率先达到电压保护上限的那一串即为“充高”；同理，在放电过程中，当电池包中存在单串的电芯率先达到电压保护下限（磷酸铁锂电芯通常为2.3V），BMS亦切断电流，电池包放电结束，率先达到电压保护下限的那一串即为“放低”。

 

       因此，电测中所谓的“充高放低”实际是指该两种现象均发生在电池包内的同一串电芯。单串电芯的“充高放低”是由于该串总容量低于其他串电芯导致的。‍

 

       为何单串电池总容量低会导致“充高放低”？

 

       电压是电池荷电状态（SOC）的外在表现之一。在正常情况下，电池的OCV大小由SOC决定，即电池的SOC与OCV相关， 且SOC∝OCV。SOC越大，OCV越高（不同正极材料的电芯SOC-OCV曲线不同，磷酸铁锂电芯存在较长的电压平台，非等比例关系）。‍ 

 

       在电池的PACK过程中，为了保证电池的一致性，首先会根据电压段对电芯进行分选，同个电池包使用的电芯电压基本一致。因此，在理想状态下，各串电芯的初始SOC0可视为一致。

 

       假设各串的总容量为Q，单串电池电性能测试前的初始容量为Q0，因此，其初始SOC0=Q0/Q 。若存在单串的总容量Q’低于其它串的总容量Q，由于初始SOC0与其它串一致，因此 其初始容量Q0’低于其他串的初始容量Q0，即：Q’＜Q，Q0’＜Q0，SOC0’=SOC0。

 

       电池包在充电时，由于各串电池通过的电流是一致的，设为I。因此，在同样的时间内各串增加的容量也是一致的，设为I*t，此时其SOC变化如下：

 

       SOC’=(Q0’+I*t)/Q’=SOC0’+I*t/Q’

       SOC=(Q0+I*t)/Q= SOC0+I*t/Q 

 

       由于Q’＜Q，因此，I*t/Q’＞ I*t/Q，SOC’>SOC，相对应的电压OCV’＞OCV（假设极化电压基本一致，不做考虑，本文直接使用OCV表示电压），该串的电压会率先达到保护电压上限。

 

       同理，电池包在放电时，其SOC变化如下：

 

       SOC’=(Q0’+I*t)/Q’=SOC0’ - I*t/Q’  

       SOC = (Q0+I*t)/Q = SOC0 - I*t/Q 

 

       由于Q’＜Q，因此，I*t/Q’＞ I*t/Q，SOC’＜SOC，相对应的电压OCV’＜OCV，该串的电压会率先降到保护电压下限。

 

       注：保证电芯初始SOC一致是模组制作的前提，通常采用将电芯放空电，再用恒流定时的充电方法保证电芯的SOC接近一致。

 

       因此，“充高放低”主要是由于单串电池总容量低导致的。在实际PACK生产中，单串电池总容量低主要存在以下原因。

 

       （1）模组存在虚焊。虚焊是指电芯与极片未焊接在一起的情况，因此在电性能测试的过程中，该支电芯完全未参与充放电。这会直接导致该串电池少一支电芯的容量，电池包出现明显的“充高放低”。

 

      （2）配组容量不足。由于电池的一致性问题与PACK制程误差，配组无法保证每串电池的总容量完全一致。因此，必然会出现总容量较低的串，在各串初始SOC差异不大的情况下，电性能测试会出现“充高放低”。

 

      （3）温度影响。温度对于电池的总容量发挥具有较大的影响，在工作温度范围0~60℃内，温度越高，总容量发挥约大。由于电池包模组各异，一般模组边缘的电池温度会始终低于模组内部的电池温度，表现为模组温差。因此，模组不同位置的电芯容量的发挥会出现一定差异，温度低的电池因容量发挥受限而出现“充高放低”问题。