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磷酸铁锂电池如何保存?影响存储性能因素的试验(2)

时间:2016-1-8 17:03:35来源:本站原创浏览次数:

电池的储存实验二

  (1)选择≥45只单体蓄电池,在常温下,以9000mA(1C)电流在3.65~2V区间充放电循环3周,得到测试前电池的容量值,并按照Freedom CAR标准中的HPPC(5C放3.75C反馈)测试方法对电池进行测试,最后分别以100%、80% 、50%、30%、O%SOC状态(每种SOC9只电池)结束,搁置15h后,测量其电压、交流内阻等基本数据后待测;
  (2)分别选择3只100%、80%、50%、30%、O%SOC状态共15只电池放人45℃烘箱中搁置三个月;分别选择3只100%、80%、50%、30%、0%SOC状态共15只电池放人23℃空调屋中搁置三个月;搁置过程中,每28天对这些电池进行交流内阻、1 C容量和HPPC测试。
 

数据和讨论:实验二存储三个月过程中电池的交流内阻变化

  图3和图4分别给出了不同SOC(100%、80%、50%、30%、0%)电池在25和45℃环境下搁置三个月过程中的交流内阻变化率曲线,对比两图可见,高温45℃搁置后的电池交流内阻增加明显高于25℃搁置的电池,这与实验一的结果是一致的。另外,我们也发现,不同温度搁置下,对于电池交流内阻影响最小的电池存储SOC是不同的,25℃下,影响最小的是80%SOC,而45℃下,各个SOC存储后交流内阻增加都很大,相对较小的是30%SOC。文献[5]中报道,影响电池搁置过程中交流内阻变化主要是正极LiFePO4电荷传递电阻随温度及SOC的变化。从我们的测试结果来看,正极LiFePO4电荷传递电阻随温度的升高,SOC从中部(30%~80%SOC)向两端(0%、100%)的变化增加越快。而当两种因素共同作用到电池上时,就表现出如图3和图4给出的结果,不同温度下对电池内阻影响较小的SOC是不同的。
图3 25℃下存储三个月过程中电池的交流内阻变化率
 
图4 45℃下存储三个月过程中电池的交流内阻变化率
 

数据和讨论:试验二存储3个月过程中电池1C容量变化

  图5和图6分别给出了不同SOC(100%、80%、50%、30%、0%)电池在25和45℃环境下搁置三个月过程中1C容量变化率曲线,对比靓图可见,高温45℃搁置后的电池1C容量衰减明显高于25℃搁置的电池,这与实验一的结果也是一致的。0%SOC下存储对电池容量衰减影响最小。
 
图5 25℃下存储三个月过程中电池的1C容量变化率
 
图6 45℃下存储三个月过程中电池的1C容量变化率
 
LiFePO4/石墨体系动力电池在存储过程中其容量的变化主要由以下三个因素共同作用造成:
  (1)负极不可逆容量的形成,主要是随着存储时间的延长,部分嵌入负极石墨层中的锂失去活性,变成死锂,无法通过放电回到正极,这些死锂的形成对容量变化的影响是负面的,因此随着SOC的增加,因为这种原因失去的容量会越多;
  (2)根据欧姆定律:U=UR+Ur=I(R+r),式中:U为电池电动势;UR为电路端电压;Ur为电池内耗电压;R为外电路电阻;r为电池本身内阻;I为放电电流。由于受到搁置过程中内阻增加的影响; 增加,端电压 减小,放电时端电压提前到达,放电时长较存储初期减小,则使放电容量降低,这种影响也是负面的;
  (3)正极LiFePO4随着存储时间的延长,二次粒子颗粒开裂,形成了新鲜界面,重新具有了脱嵌锂离子的活性,这种影响是正面的,因此容量增加可能会出现在存储的初期。从以上三点分析来看,就可以看出,实验数据是综合了这三种影响之后的最终结果。
 

数据与讨论:实验二存储三个月过程中电池的直流内阻变化

  图7和图8分别给出了不同SOC(100%、80%、50%、30%、0%)电池在25和45℃环境下搁置三个月过程中的直流内阻变化率曲线,对比两图可见,高温45℃搁置后的电池直流内阻反而略低于25℃搁置的电池。直流内阻随SOC的变化在不同温度下搁置规律是相似的,增加率由高到低分别是O%、
100%、30%、80%和50%SOC。
 
图7 25℃下存储三个月过程中电池的直流内阻变化率
图8 45℃下存储三个月过程中电池的直流内阻变化率
 

数据与讨论:实验二存储三个月过程中电池的功率能力变化

图9 25℃下存储三个月过程中电池的放电功率能力变化率
图1O 45℃下存储三个月过程中电池的放电功率能力变化率
图11 25℃下存储三个月过程中电池的反馈功率能力变化率
阔12 45℃下存储三个月过程中电池的反馈功率能力变化率
 
  图9、图1O和图11、图12分别给出了不同SOC(100%、80%、50%、30%、0%)电池在25和45℃环境下搁置三个月过程中的放电功率能力变化率和反馈功率能力变化率曲线,对比两图可见,高温45℃搁置后的电池直流内阻反而略低于25℃搁置的电池。功率能力随SOC的变化在不同温度下搁置规律是相似的,增加率由高到低分别是0%、100%、30%、80%和50%S0C。
  从以上的结果来看,电池功率能力的变化与电池直流内阻的变化规律是完全相同的,这是由于动力电池功率能力的变化依赖于电池直流内阻的变化,它是电池在不同简单工况下充放电时的最直接反映。电池直流内阻主要由欧姆内阻和活化阻抗两方面组成,欧姆内阻的变化规律从数值上与交流内阻变化相近,因此,直流内阻变化规律与交流内阻变化规律都是随SOC从中部30%~80%SOC)向两端(0%、100%)的变化而增加越快,但是活化阻抗则受温度影响略突出一些,温度越高,活化能越小,即活化阻抗越小。所以测试数据反映出45℃搁置后的电池直流内阻反而略低于25℃搁置的电池。
 

结果

  通过测试电池在不同温度、不同SOC下搁置后的交流内阻、容量、直流内阻、功率能力等电池性能的变化,发现电池在搁置过程中各种性能的变化规律是不同的,在电池的实际存储中,需要根据存储时间的长短和电池的使用方向选择合适的存储条件。例如电池在功率能力方面使用频率较高时,为保证功率能力,需要适当的提高存储温度,而电池只在低倍率简单充放条件下使用时,则可选择偏低的存储温度。综合上述测试结果,常温下5O%SOC的电荷状态是一种比较有利于电池性能发挥的存储状态。
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