不同種類的功率型18650電池循環(huán)的影響分析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-30 12:27
點(diǎn)擊量：次
1. 恒流恒壓充電（CCCV）
1.1充電電流的影響
下圖為CCCV充電策略中采用不同充電電流時(shí)電池充電所需要的時(shí)間，從圖中能夠看到電池A和C大部分容量都是在恒流充電的過程中完成的，而恒壓充電容量?jī)H占非常小的一部分，而對(duì)于電池B恒壓充電的時(shí)間占比較大。
對(duì)于電池充電時(shí)間影響最大的還是充電電流，例如我們將充電電流從1A增加到3A，則充電時(shí)間能夠縮短50%，繼續(xù)將充電電流提高到5A只有電池A和C的充電時(shí)時(shí)間縮短了1/3，而電池B由于恒壓充電時(shí)間較長(zhǎng)，所以將充電電流提高到5A后充電時(shí)間相比于3A并沒有顯著的縮短。
下圖為采用CCCV充電策略時(shí)不同的充電電流對(duì)于電池循環(huán)壽命的影響，從圖中能夠看到對(duì)于電池A，大充電電流會(huì)造成電池壽命的顯著下降，例如1A充電時(shí)電池的壽命可達(dá)1000次，3A充電時(shí)電池的壽命就會(huì)下降到800次，而充電電流達(dá)到5A時(shí)電池的壽命則僅為600次左右。但是對(duì)于電池B不同的充電電流對(duì)于電池的循環(huán)壽命并沒有顯著的影響。對(duì)于電池C在1A充電時(shí)電池循環(huán)1200次后容量保持率仍然可以達(dá)到97%，3A充電時(shí)電池循環(huán)1200次后容量保持率為95%，但是在5A充電時(shí)電池壽命會(huì)發(fā)生快速衰降，壽命不足700次。
1.2充電截止電壓的影響
充電截止電壓會(huì)影響正負(fù)極的電極電勢(shì)，因此對(duì)于鋰離子電池的循環(huán)壽命會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。下圖為A、B和C三種電池容量隨充電截止電壓的變化，可以看到電池A和B的充電截止電壓對(duì)于電池的容量有顯著的影響，充電截止電壓每降低100mV，電池的容量會(huì)衰降10-20%，而電池C由于采用了LFP正極，因此在3.4V以上電池的容量幾乎與電池的充電截止電壓無關(guān)。
下面為不同截止電壓下電池的循環(huán)性能，整體上來看隨著充電截止電壓升高電池的循環(huán)性能是在不斷降低的，對(duì)于電池A而言，充電截止電壓的影響就比較小，如果將將充電截止電壓從4.2V降低到4.1V，壽命僅增加100次左右，要顯著增加A電池的壽命需要降低到4.0V，但是這會(huì)使得電池的容量降低30%，而提高電池的充電電壓到4.25V則僅僅會(huì)使得電池的循環(huán)壽命輕微的降低。
電池B則對(duì)于充電電壓敏感的多，將充電電壓從4.1V降低到4.0V后，電池在循環(huán)800次后容量保持率提高5%，但是進(jìn)一步降低充電截止電壓到3.9V則對(duì)于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響，但是如果將充電截止電壓提高到4.15V則會(huì)顯著的加速電池B的衰降速度。
電池C對(duì)于充電截止電壓最為敏感，如果將充電截止電壓從3.6V提高到3.65V則會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命出現(xiàn)顯著的降低，但是降低充電截止電壓對(duì)于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響。
2.脈沖充電（CCPC/PC）
2.1恒流脈沖（CCPC）
恒流脈沖充電制度與恒流恒壓充電制度接近，只是將恒壓充電階段替換為脈沖充電，在充電時(shí)間上CCPC相比于常見的恒流恒壓充電實(shí)際上會(huì)更長(zhǎng)一點(diǎn)，因此在充電時(shí)間上CCPC并沒有優(yōu)勢(shì)。
下圖為采用CCPC和PC充電策略的三種電池的循環(huán)數(shù)據(jù)，可以看到對(duì)于三種電池采用CCPC充電策略時(shí)，電池的循環(huán)壽命實(shí)際上與采用相同充電電流的CCCV充電策略是相同的。
2.2脈沖充電（PC）
與前面的CCPC充電策略不同，PC充電策略在整個(gè)充電過程中都采用了脈沖的方式進(jìn)行，由于在脈沖充電的過程中極化比較大，因此脈沖充電會(huì)使得電池的充電容量有所降低，例如電池A在脈沖充電策略下，電池僅能夠沖入80%的容量，電池C能夠沖入95%的容量。在充電時(shí)間上PC充電策略與同樣電流的CCCV充電制度幾本相同，從上圖的循環(huán)數(shù)據(jù)能夠看到PC充電策略的電池的循環(huán)壽命與同樣電流的CCCV充電策略幾本相同。
3.加速充電（BC）
加速充電策略是在較低的SoC范圍內(nèi)使用較大的充電電流（5A）進(jìn)行充電，達(dá)到截止電壓后轉(zhuǎn)而采用小電流（1A）CCCV充電方式進(jìn)行充電，因此充電時(shí)間相對(duì)縮短，經(jīng)過測(cè)試電池A采用BC充電策略充電時(shí)間為57min，電池C為48min，介于1A和3A電流的CCCV充電時(shí)間之間。
下圖為電池A和C采用BC充電策略的循環(huán)性能，從圖中能夠看到對(duì)于電池A，如果從0%開始采用加速充電（5A）則會(huì)導(dǎo)致電池的衰降速度顯著增加，與5A電流的CCCV充電策略接近。而如果從10%SoC和20%開始加速充電，則循環(huán)壽命會(huì)大大改善，與3A電流的CCCV充電策略接近。而對(duì)于電池C，如果開始加速充電的SoC為0%和10%則會(huì)導(dǎo)致電池的衰降速度明顯加速，而如果在20%SoC開始加速充電，則對(duì)于電池的循環(huán)壽命的影響較小。這也表明在較低的SoC下進(jìn)行加速充電會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命受到顯著的影響。
Peter Keil的工作表明，對(duì)于電池循環(huán)壽命影響最大的為充電電流，對(duì)于電池A和C在5A大電流下進(jìn)行充電時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池的循環(huán)壽命嚴(yán)重縮短，但是電池B的循環(huán)壽命似乎受充電電流的影響不大。其次是電池的充電截止電壓，高的充電截止會(huì)嚴(yán)重的縮短鋰離子電池的使用壽命，特別是對(duì)于電池B和C將充電截止電壓提高50mV就會(huì)嚴(yán)重的影響電池的循環(huán)壽命。
從充電策略來看，脈沖充電策略對(duì)于電池的循環(huán)壽命沒有顯著的影響（相比于CCCV），但是脈沖充電也沒有減少充電時(shí)間，特別是CCPC充電策略還會(huì)導(dǎo)致電池的充電時(shí)間有所延長(zhǎng)。
加速充電（BC）策略能夠減少一定的充電時(shí)間，但是加速充電策略需要謹(jǐn)慎的選擇加速充電的SoC范圍，在過低的SoC的范圍內(nèi)盡量不要使用加速充電，以免影響電池的循環(huán)壽命。
動(dòng)力電池安全性是新能源汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用過程中，消費(fèi)者最關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。電池管理系統(tǒng)除了強(qiáng)化被動(dòng)監(jiān)控能力以外，加強(qiáng)均衡和熱管理等主動(dòng)作用于動(dòng)力電池的能力，是除了加強(qiáng)電芯、模組等自身設(shè)計(jì)安全性以外，從本質(zhì)上提高系統(tǒng)安全性的根本所在。
