梯次利用電池并聯(lián)特性研究

謝長(zhǎng)淮

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梯次利用電池并聯(lián)特性研究

謝長(zhǎng)淮

(浙江萬馬奔騰新能源有限公司，浙江 杭州 310012)

近年來退役的動(dòng)力電池給社會(huì)帶來壓力，退役電池梯次利用是最理想的應(yīng)用。為了研究退役后動(dòng)力電池組串并聯(lián)特性，使用容量、內(nèi)阻對(duì)比法研究電池成組特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電池并聯(lián)內(nèi)阻與電池組容量和內(nèi)阻存在線性關(guān)系，同內(nèi)阻電池組容量與原容量成正相關(guān)，同容量電池組容量與原內(nèi)阻成負(fù)相關(guān)，這個(gè)規(guī)律優(yōu)化了退役電池梯次利用串并聯(lián)方案，有利于更好梯次利用電池。

動(dòng)力電池；梯次利用電池；容量與內(nèi)阻

0 引言

新能源發(fā)電量逐年增加，2017年達(dá)到2.24 GWh[1-2]，風(fēng)、光自然資源發(fā)電具有波動(dòng)性、間歇性，其大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行給電網(wǎng)帶來安全隱患[3-6]。逐年退役的動(dòng)力電池給社會(huì)帶來壓力。退役的動(dòng)力電池梯次利用是最理想的應(yīng)用，為了更好地梯次利用動(dòng)力電池，首先要對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行特性研究。本文對(duì)退役的動(dòng)力電池進(jìn)行容量、內(nèi)阻特性研究，提出梯次利用電池重組方式指導(dǎo)性建議。

1 容量與內(nèi)阻測(cè)試

1.1 容量分布

以某型號(hào)車退役的圓柱型磷酸鐵鋰單體為研究對(duì)象，電池組拆解成單體，挑出共62只電池。其充電截止電壓3.6 V，放電截止電壓2.5 V，試驗(yàn)采用杭可設(shè)備測(cè)試電池容量，HOKI 3560內(nèi)阻儀測(cè)試電池內(nèi)阻性能。

對(duì)于車用退役鋰電池，他們?nèi)萘肯啾刃码姵孛黠@衰退一半，內(nèi)阻增加，因此車用退役電池在使用前需要對(duì)這些電池容量?jī)?nèi)阻特性進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)62只單體電池進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)方法采用《GB/ T31484-2015電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池電性能要求及試驗(yàn)方法》，室溫下，單體電池以11(A)放電至2.5 V，擱置1 h，然后以11(A)電流恒流充電至3.6 V，轉(zhuǎn)恒壓充電，至電流降至0.051(A)電流時(shí)停止充電，充電擱置1 h，室溫下以11電流放電至2.5 V。取最后3次試驗(yàn)結(jié)果均值。

如圖1所示，容量從最初的2.5 Ah衰退到1.3 Ah。造成容量衰退的因素眾多：沉淀的金屬鋰與電解液溶劑反應(yīng)形成Li2CO3，LiF或其他產(chǎn)物[7]，電解液分解[8-10]，自放電[11]，過充電[12]，SEI界面膜的形成[13-14]，集流體腐蝕[15-16]等。

圖1 單體電池容量

1.2 內(nèi)阻分布

鋰離子電池的內(nèi)阻在使用過程中主要受荷電狀態(tài)和溫度的影響，本文使用HOKI 3560內(nèi)阻儀測(cè)試電池內(nèi)阻性能。

從圖2中可以看出，內(nèi)阻比新電池增加了一倍，且內(nèi)阻明顯分散不集中。這與電池分布在車的位置和風(fēng)扇的位置有關(guān)系，電池包外圍的散熱性好于電池包內(nèi)部，電池在長(zhǎng)期充放電過程中積累下來的劣化程度不同。

圖2 單體內(nèi)阻

2 并聯(lián)電路容量與內(nèi)阻關(guān)系研究

從退役電池組中挑選出內(nèi)阻取值在20.0~ 20.5 mΩ，容量為1 350~1 500 mAh之間為同內(nèi)阻不同容量組，電池并聯(lián)；容量取值在1 320~1 325 mAh，內(nèi)阻19~24 mΩ為同容量不同內(nèi)阻組，電池并聯(lián)，兩組電池分別在同個(gè)充放電流程下充放電，模擬電池組在容量、內(nèi)阻不平衡狀態(tài)下的放電特性。

2.1 試驗(yàn)步驟

單體電池按照《GB/T31484-2015電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池電性能要求及試驗(yàn)方法》測(cè)試容量。單支電池固定在并聯(lián)模塊中，對(duì)外只有一個(gè)正負(fù)極，并聯(lián)電池組恒流充電到3.4 V斷電，使每只電池充電時(shí)間相同，從電池組模塊中取下每只單體，計(jì)算每只單體電池放電容量。

2.2 同內(nèi)阻不同初始容量

從圖3中可以看出，放電容量擬合趨勢(shì)線表明，并聯(lián)放電容量與原始容量有正向趨勢(shì)，并聯(lián)電路中同內(nèi)阻不同容量的電池放出容量不同，并聯(lián)電路中原容量高的電池放出更多容量。并聯(lián)電路原容量高的電池在充電時(shí)，劣化程度和內(nèi)部激化比原容量低的電池小，所以在相同時(shí)間內(nèi)分得更多電流，從而獲得更多容量。

圖3 同內(nèi)阻不同初容量電池放電容量

2.3 同初始容量不同內(nèi)阻

從圖4中可以看出，放電容量擬合趨勢(shì)線表明，放電容量與內(nèi)阻大小有反向趨勢(shì)，并聯(lián)電路中不同內(nèi)阻電池獲得容量不同，原內(nèi)阻小的放電容量多，原內(nèi)阻高的放電容量少。根據(jù)并聯(lián)等效電路，內(nèi)阻大的分得電流小，內(nèi)阻小的分得電流大，所以不同內(nèi)阻電池在相同時(shí)間內(nèi)獲得容量不同。

圖4 同初容量不同內(nèi)阻電池放電容量

3 結(jié)論

針對(duì)梯次利用動(dòng)力電池性能衰退不一致性，對(duì)其進(jìn)行了一系列充放電試驗(yàn)，分析了并聯(lián)電池內(nèi)阻與容量關(guān)系，為動(dòng)力電池梯次利用提出了指導(dǎo)性建議。分析結(jié)論表明：動(dòng)力電池經(jīng)過使用后容量衰退，容量分布分散；內(nèi)阻增加，內(nèi)阻分布分散。單體電池的放電容量與內(nèi)阻和現(xiàn)有容量有一定線性關(guān)系，同內(nèi)阻電池組容量與原容量成正相關(guān)，同容量電池組容量與原內(nèi)阻成負(fù)相關(guān)。所以梯次利用電池組時(shí)需要考慮容量、內(nèi)阻分布盡量窄，減少單體間差異，有利于電池組性能發(fā)揮。

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Study on parallel characteristics of ladder utilization battery

XIE Changhuai

(Zhejiang Wanma Benteng New Energy Industry Co., Ltd., Hangzhou 310012, China)

In recent years, decommissioned power batteries have brought pressure to the society, and the cascade utilization of decommissioned batteries is the most ideal application. In order to study the series-parallel characteristics of power battery pack after decommissioning, the method of capacity and internal resistance comparison is used to study the characteristics of battery packs. The results show that there is a linear relationship between the parallel internal resistance and the capacity and internal resistance of battery pack. It is positively correlated with the capacity of internal resistance battery pack and negatively correlated with the capacity of capacity battery pack and the original internal resistance. The cascade and parallel connection scheme of decommissioned batteries is optimized regularly, which is conducive to better cascade utilization of batteries.

This work is supported by small and medium-sized technology-based enterprise and Science Development Specialized Fund (No. 2017C01093).

power battery; ladder utilization battery; capacity and internal resistance

2018-06-23；

2018-11-16

謝長(zhǎng)淮(1978—)，男，通信作者，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾履茉措姵?。E-mail:kaoynxie@163.com

浙江省級(jí)科技型中小企業(yè)扶持和科技發(fā)展專項(xiàng)資金(2017C01093)