電池的放電特性,受到環(huán)境溫度的影響會(huì)導(dǎo)致什么?
溫度因素影響
電池的放電特性,受到環(huán)境溫度的影響極為明顯。如果車輛的目標(biāo)銷售地區(qū)最低溫度在0℃以下,在某些含水電解液的電池中,電解液本身可能會(huì)凍結(jié);即使有機(jī)電解液不會(huì)凍結(jié),電池性能下降也非常明顯,就需要考慮低溫對(duì)電池的影響問(wèn)題。如果是在環(huán)境溫度極高的環(huán)境使用動(dòng)力電池,電極活性材料在高溫下容易與電解液發(fā)生反應(yīng),可能帶來(lái)容量上的損失,還可能造成安全風(fēng)險(xiǎn)。
在電池能夠承受的溫度范圍內(nèi),電池性能通常隨溫度的提高而提高,比如容量增大,內(nèi)阻減小。每種電芯都有一個(gè)最適宜的工作溫度,最理想情況是給電池創(chuàng)造出這個(gè)適宜的工作溫度,偏高或者偏低的溫度都會(huì)影響循環(huán)壽命,是已經(jīng)被很多實(shí)驗(yàn)證明了的。從圖中可以看到,不同溫度下的放電曲線會(huì)發(fā)生整體偏移,趨勢(shì)基本平行或者斜率略微發(fā)生變化。
環(huán)境溫度超出電池合理工作溫度范圍時(shí),采取相應(yīng)的熱管理或者預(yù)熱設(shè)計(jì),或者選擇低溫性能好的電芯,比如鈦酸鋰。而系統(tǒng)參數(shù)限值的設(shè)置,比如加熱啟動(dòng)溫度等,也是需要首先參考電池的性能來(lái)確定的。
2 放電倍率
動(dòng)力系統(tǒng)中,對(duì)電池放電性能的需求,取決于系統(tǒng)中的負(fù)載。不同的系統(tǒng),對(duì)放電倍率的需求不同。純電動(dòng)汽車,全部里程都需要電池提供能量,因此放電時(shí)間必然比較長(zhǎng),而放電倍率比較低,往往低于1C,適合選用能量型電芯。而像混合動(dòng)力電動(dòng)汽車,電池包規(guī)模較小,不太可能設(shè)計(jì)較大的并聯(lián)數(shù)量,電池包容量較小,在需要時(shí)要求比較大的倍率放電,這時(shí)需要傾向于選擇高比功率電芯。
放電倍率對(duì)容量的影響
放電倍率大小不同,在選擇電池容量時(shí),必須考慮放電倍率對(duì)電芯容量的影響,否則,在實(shí)際運(yùn)行中將出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。
低功耗消費(fèi)類電子產(chǎn)品電池通常規(guī)定以低于1C倍率放電,而SAE使用20小時(shí)(0.05C)的放電量作為測(cè)量汽車電池Ah容量的標(biāo)準(zhǔn)條件。下圖展示了在相同溫度下,不同放電倍率下放出電量的對(duì)比關(guān)系。鋰電池以外的其他類型的電芯,同樣有類似現(xiàn)象,比如鉛酸電池,傾向比鋰電池更明顯。電池每次充電 - 放電循環(huán)以及它所帶來(lái)的活性化學(xué)物質(zhì)的相關(guān)轉(zhuǎn)化循環(huán)伴隨著電芯中的化學(xué)物質(zhì)的緩慢劣化,使用者對(duì)這個(gè)過(guò)程幾乎是無(wú)感的。這種惡化可能是電芯或晶體中不可避免的化學(xué)副反應(yīng)或者鋰枝晶生長(zhǎng),改變了構(gòu)成電極顆粒的狀態(tài)。這兩個(gè)因素都可能會(huì)降低電池中活性化學(xué)物的量,從而降低電池容量,或增加電池的內(nèi)部阻抗。
電池在規(guī)定的循環(huán)壽命結(jié)束時(shí)不會(huì)突然死亡,它會(huì)繼續(xù)正常工作,并繼續(xù)緩慢惡化,其容量將比新電池的容量顯著減少。
隨著單體體積的增大,電池內(nèi)部發(fā)熱部分距離殼體的距離越來(lái)越長(zhǎng),傳導(dǎo)的介質(zhì)、界面越來(lái)越多,使得散熱變得困難,并且在單體上,熱量分布不均的問(wèn)題越來(lái)越明顯。
吳偉雄等人進(jìn)行了一項(xiàng)研究,實(shí)驗(yàn)采用3.2 V/12 Ah 的方形鋰離子電池,其基數(shù)如表1 所示。電池充放電設(shè)備為新威CT-3001W-50V120ANTF,測(cè)試過(guò)程中環(huán)境溫度為31 ℃,散熱方式為空氣冷卻,用溫度巡檢儀記錄電池的溫度變化。實(shí)驗(yàn)步驟:
1) 壓充電,用12A 電流給電池充電至充電截止電壓3.65V止電流1.8A;
2) 擱置,充電后擱置1 小時(shí)以使電池穩(wěn)定;
3) 恒流放電,以不同的倍率放電至放電截止電壓2 V。其中,放電倍率分別按為1C、2C、3C、4C、5C、6C 設(shè)定。
如下圖所示,為不同放電倍率下電池表面的溫度變化,可以看到,隨著倍率增加,溫度也越來(lái)越高,各放電倍率對(duì)應(yīng)的電池表面最高溫度分別為38.1、48.3、56.7、64.4、72.2、76.9 ℃。3C 倍率放電時(shí),最高溫度已超過(guò)50 ℃。6C 時(shí)溫度達(dá)到了76.9 ℃且超過(guò)50 ℃的時(shí)間為470 s,占到了整個(gè)放電過(guò)程的三分之二,這對(duì)于電池安全持續(xù)工作非常不利。
















