怎樣能提高電池的安全性和循環(huán)壽命？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-19 20:50
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為使實(shí)驗(yàn)更具普遍性，實(shí)驗(yàn)所用電池全部為梯次利用電池，并且具有典型的一致性差異特征，實(shí)驗(yàn)電池組為4串鋰電池組，如圖所示（下方設(shè)備為高效實(shí)時(shí)電池均衡器樣機(jī)），均為過充電（過放電）原因引起的退役電池，已循環(huán)使用次數(shù)未知，原設(shè)計(jì)容量為2.2Ah，實(shí)際剩余容量為1#：1.22Ah、2#：0.95Ah、3#：1.73Ah、4#：1.94Ah（放電截止電壓3.00V），實(shí)際剩余容量分別為原設(shè)計(jì)容量的55.5%、43.2%、78.6%和88.2%。
通過容量檢測參數(shù)可以看到，1#和2#電池的容量衰減非常嚴(yán)重，這些電池都有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是自放電率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常容量電池（自放電率差異會(huì)加速一致性劣化），在充滿電的情況下，即使不連接任何負(fù)載，開路電壓也會(huì)以較快的速度降低，為防止電池在充放電期間再次發(fā)生過充和過放問題，循環(huán)實(shí)驗(yàn)全程連接高效電池均衡器樣機(jī)，即實(shí)行均衡充電和均衡放電。
均衡充電采用CC/CV模式，充電電流為1A、限壓充電，由于均衡器的介入，任一電池的最高充電電壓可以控制在4.25V以內(nèi)，不會(huì)發(fā)生過充電；恒流均衡放電：放電電流1A，總放電截止電壓12.0V，同樣由于均衡器的介入，任一電池的最低放電電壓可以控制在2.9V以上，不會(huì)發(fā)生過放電。作為研究和對(duì)照，實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段進(jìn)行。
第一階段：全程采用專用充電器進(jìn)行CC/CV模式充電，限流1A、限壓16.8V充電，在初期的100次循環(huán)中，特別是充電環(huán)節(jié)的后期（浮充電期間），在均衡器的介入下，4塊電池的外殼溫度（采用紅外測溫儀測量，下同）比較接近，沒有明顯的區(qū)別，與環(huán)境溫度差距不大，浮充電流也在合理范圍，放電容量基本平穩(wěn)，整體容量呈現(xiàn)緩慢線性下降的狀態(tài)，符合電池的容量衰減規(guī)律。
在101—300次循環(huán)期間，在浮充電壓不變的情況下，整組電池的浮充電流以及1#和2#電池的溫升呈現(xiàn)緩慢、逐漸增大的趨勢，最大浮充電流高達(dá)0.18A，經(jīng)檢測，浮充電流增大主要是由于1#和2#電池漏電流增大引起均衡器自動(dòng)干預(yù)的結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)電池全天候處于開放的環(huán)境下，充電期間的最大溫升均明顯超過3#和4#電池，最大溫差達(dá)到9℃左右，溫度最高的是2#電池，測量數(shù)據(jù)如表1所示，同時(shí)，整組電池的實(shí)際放電容量平穩(wěn)下降，符合電池的容量衰減規(guī)律。
第二階段：根據(jù)第一階段衰減嚴(yán)重的1#和2#電池充電溫升和浮充電流不斷上升的實(shí)際情況，在301—500次循環(huán)期間，對(duì)整組最大充電電電壓進(jìn)行了下調(diào)，按照每塊電池下調(diào)0.1V的幅度，整體充電電壓下調(diào)至16.4V，隨著充電電壓的下降，在第二階段發(fā)熱嚴(yán)重的1#和2#電池的溫升開始大幅度下降，與3#和4#電池的溫升基本相同，略高于環(huán)境溫度。
在長達(dá)連續(xù)200次的均衡充放電循環(huán)中，充電期間以及浮充期間的的溫升差異始終很小，沒有明顯變化，特別是浮充電期間，溫升的絕對(duì)值和相對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一階段，整組電池放電容量雖然比一階段略有減少，但安全性和穩(wěn)定性大幅度提高，特別是對(duì)于預(yù)防“熱失控”效果非常顯著，繼而可以大幅度延長電池的循環(huán)使用壽命，從而得出了降低衰減電池充電電壓會(huì)直接降低電池溫升和漏電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
同時(shí)降低平均充電電壓還可以最大限度地降低衰減電池的過充電概率，雖然降低充電電壓會(huì)減少鋰電池的的充電容量和縮短續(xù)航時(shí)間，但降低比例很小，換來的卻是鋰電池組的高運(yùn)行安全系數(shù)、低“熱失控”風(fēng)險(xiǎn)和長循環(huán)壽命，意義同樣非常重大。
經(jīng)過兩個(gè)階段的連續(xù)循環(huán)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合電池溫升、放電容量和浮充電流的變化，得出如下結(jié)論：對(duì)于衰減電池，降低充電電壓雖然令電池的放電容量有所下降，但是卻明顯降低了電池的發(fā)熱溫度、降低了衰減電池發(fā)生熱失控的風(fēng)險(xiǎn)概率，提高了電池的安全性和循環(huán)實(shí)施壽命，
