更全的杂志信息网

梯次利用动力锂离子电池筛选方法

更新时间:2016-07-05

目前,梯次利用动力锂离子电池的筛选方法主要是根据电池外部形态进行初选,包括极耳是否完好,电池是否发软、鼓胀及表面是否起皱等;初选后,对剩余的动力电池进行容量测试。该方法的工作量大、评估指数单一且缺乏系统性,不能准确地评估电池的健康状态(SOH)。为了系统评估电池的SOH,可以对电池内阻进行测量。内阻是衡量电池寿命及SOH的重要参数,也是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的一个主要标志。准确地测量车用退役电池的内阻,对于梯次利用具有重要的意义[1-2]。王芳等[1]采用混合脉冲功率特性(HPPC)测试法,在常温环境下进行不同电流、不同脉冲时间和不同电流方向的实验验证,得到了常温环境下充电态/放电态欧姆内阻和极化内阻的变化规律,但未形成相对简单且系统完善的梯次利用动力锂离子电池的筛选流程。

本文作者以乘用车退役锂离子电池模块(放电容量低于首次放电容量的80%)为研究对象,分析单体电池内阻与荷电状态(SOC)、温度和充放电倍率的关系,确定乘用车用退役锂离子电池梯次利用的SOC区间、温度范围和倍率大小,以形成快速、有效地筛选梯次利用动力锂离子电池流程。

1 实验

1.1 实验设备及样品

实验用设备主要有EVTS高精度充放电测试系统[美国产,电流电压精度为0.1%满量程(FSR)]、LU-120高低温环境实验箱(日本产,-25~85 ℃,温度波动度为±0.5 ℃)和MV2000温度巡检仪(日本产)等。

实验样品为退役的锂离子电池模块(2并7串,额定容量为54 Ah,当前容量为43 Ah),其中单体电池为三元正极材料软包装电池额定电压为3.7 V、额定容量为27 Ah,最大充电电压为4.2 V,最小放电电压为2.5 V,最大充放电倍率均为10 C,工作温度为-20~45 ℃。

1.2 实验过程

1.2.1 测温点连接

将温度巡检仪的热电偶分布于锂离子电池模块各单体电池正极极耳的下方(共7个测温点,分别为A、B……G)。电池模块为2并7串结构,单体电池依次编号为1、2、3…14。1号与2号并联、3号与4号并联……13号与14号并联,再依次串联,电池结构模型及测温点分布如图1所示。

① 将高低温环境实验箱调节至25 ℃,单体电池充电(以13.50 A 恒流充电至4.2 V,转恒压充电至电流为1.35A)至SOC为100%;② 单体电池在恒温箱中静置2 h,记录最后1 s的端电压为U1

太湖流域因长期超采深层承压水已形成我国南方最大的地下水水位降落漏斗群,地面沉降及其所造成的环境灾害已十分严重,降低了堤坝、闸站等防洪排涝工程标准,防洪能力明显降低。长期以来的围湖垦殖和联圩并圩,致使湖泊等水面积减少,流域湿地退化,生物多样性和生态稳定性下降。

1.2.3 直流内阻特性实验

选取单体电池12(测温点F)进行不同SOC、不同环境温度和不同倍率下的直流内阻测试,步骤如下:

1.2.2 温度实验

为实现梯次利用动力锂离子电池的筛选,首先将满电态退役电池模块在常温下正常使用,监控各单体电池温度,根据温度结果将单体电池分组。选择每组单体电池中温度最高的为代表,系统分析该单体电池内阻与SOC、温度和倍率的关系,筛选每组单体电池可使用的SOC区间、温度范围和倍率。

班长、团支部书记是班干部队伍的核心和灵魂,然后由他们来确定其他班干部的职位。这种做法适用于总体素质较高的集体。我记得有一次我带的是学校里的一个重点班,确定了团支部书记和班长,接下来的选拔都交给他们来做,因为同班一个学年,彼此了解,就算不是同班,要知道隔壁班同学的表现,对于学生来说,更是易事。他们选出的班干部都能各司其职、各尽其职,这为当年正怀孕的我减轻了不少负担。

SOC调整方法为:以1 C电流放电,n为SOC调节的目标值,放电时间为(1-n) h。

2 结果与讨论

2.1 温度实验的结果与梯次利用动力电池的分组

通过温度实验,将电池模块的单体电池进行分组,是梯次利用动力锂离子电池筛选的第一步。电池模块各温度测试点的温度曲线图见图2。

图2 电池模块在常温正常工作时各测温点的温度

Fig.2 Temperature of temperature measuring points at normal working condition and normal temperature

SOC、环境温度和充放电倍率对单体电池直流内阻的影响见图3。

1.4 标本采集 入院次日或门诊复查日清晨,嘱患者空腹采集静脉血后,由我院检验科检测。检测指标包括血清总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)、肌酸激酶(CK)、肌酐(Cr)、non-HDL-C、LDL-C,采用己糖激酶法检测空腹血糖及餐后血糖,采用免疫法检测糖化血红蛋白(HbA1 c)。

以分组结果为依据,在后续筛选过程中,仅选取测温点温度最高的单体电池进行内阻实验,可减少评估筛选的工作量,提高效率。以12号单体电池为例,进行内阻实验,确定该组单体电池梯次利用的SOC区间、温度范围及倍率。

从图3(a)可知,当单体电池的SOC小于25%时,放电直流内阻上升趋势较快,是因为SOC较小时,Li+由负极大量迁移到正极,负极的有效反应面积减小,导致欧姆内阻急剧增大。随着放电的深入,正极中Li+的浓度越来越大,离子之间的排斥力相应变大,使Li+嵌入正极变得困难,因此极化电阻在放电后期显著增加[3]。综上所述,电池在SOC较小时,放电直流内阻较大;当电池SOC处于30%~100%时,放电直流内阻随着SOC的变化而趋于稳定,极差仅为0.24 mΩ。充电直流内阻的趋势与放电直流内阻基本一致。进行脉冲充电,当SOC大于85%时,单体电池电压均高于上限4.2 V,因此,受内阻影响,锂离子电池在SOC较小时(<25%)的功率特性较差,在SOC较高时(>85%)容易发生过充。第二组梯次利用动力锂离子单体电池的SOC需要控制在30%~80%。

2.2 确定梯次利用动力电池的SOC区间温度范围和倍率

从图2可知,各温度测试点最高温度分别为32.2 ℃、32.8 ℃、35.6 ℃、35.7 ℃、36.1 ℃、36.2 ℃和36.1 ℃,最高温度位于测温点F(温度为36.2 ℃),测温点C、D、E、F和G的温度相对较高,且温度相近,温度均值为36.0 ℃,极差为0.6 ℃;最低温度位于测温点A(温度为32.2 ℃),测温点A、B的温度相对较低,温度均值为32.5 ℃,极差为0.6 ℃。梯次利用电池模块在常温正常工作电流条件下使用,单体电池温度明显呈现两种状态,可能是因为车用电池系统的冷却方式、电池结构及热管理的差异所致。可据此结果,将单体电池分为两组:测温点A、B对应的单体电池为第一组;测温点C、D、E、F和G对应的单体电池为第二组。每组单体电池测温点温度表现出相对较好的一致性,极差小,分组可靠。

2.2.5 提取次数 随提取次数增加艾渣总黄酮提取率呈下降趋势。当提取次数为1次或2次时,均能显著提高总黄酮提取率,其提取率分别为2.42%和2.31%;而提取次数为3次与4次时,总黄酮提取率大大降低,分别为0.45%和0.22%。说明,艾渣总黄酮在前2次时大部分已经溶出,考虑节约成本,选择提取次数2次为最佳。

将充满电(以21.50 A 恒流充电至29.4 V,转恒压充电至电流为2.15 A)的电池模块放入高低温环境实验箱中,先在25 ℃下恒温6 h,再以54.00 A恒流放电至电池模块自动保护。记录每个测温点的温度。

我QQ上有个好友,夜里说他在加班。后来我们聊了几句,他说其实他不是加班,是爱人出差归来,第二天的早班机到京。他就想等着,陪她吃个早饭。然后,他问我:“金鼎轩是24小时营业的吗?”我说是。夜有凉风,我不知道他将要落地的爱人,是否知道他所做的这一切,又会做何评价。他说夜里12点过后,自己就到长安街上去溜达,大声唱歌。我说你怎么不回去睡觉,他说:“怕醒晚了。”感谢24小时营业的餐厅,感谢偌大北京城里的长安街。从更高的地方看下去,一个他,影子黑且扁,等待着爱人,这真让人觉得,有希望。

从图3(b)可知,随着环境温度由-20 ℃升高至45 ℃,单体电池的放电直流内阻从5.80 mΩ减小至1.43 mΩ、充电直流内阻则从5.82 mΩ减小至1.44 mΩ,内阻之差分别为4.37 mΩ、4.38 mΩ。电池内阻与温度呈反比;同时,在温度为-20 ℃时,电池内阻相对较高,在-10~45 ℃时,电池内阻趋于平缓。这是因为温度越低,电池内部化学反应的速率越低,浓差极化和电化学极化越严重,即极化内阻越大。第二组梯次利用动力锂离子单体电池的最佳温度为-10~45 ℃。

张连长发狠地说:“都起来!谁也别装草鸡,继续往前走!”说着,他走到周萍跟前,将周萍拽起来,扛麻袋似的,扛在肩上。

从图3(c)可知,随着倍率的增加,放电直流内阻和充电直流内阻均逐渐减小,但总体而言,倍率对内阻的影响较小。倍率从1 C增加到10 C,内阻的降幅仅为0.06 mΩ。实验结果表明:第二组梯次利用动力锂离子单体电池的最大倍率可以达到10 C

3 筛选流程

③ 以3 C倍率(81.00 A)脉冲放电20 s,记录最后1 s的端电压为U2,静置40 s,记录最后1 s的端电压为U3;④ 以相同的倍率进行20 s的脉冲充电,记录最后1 s的端电压为U4,静置40 s;⑤ 将单体电池SOC值依次调整为95%、90%……5%,重复进行步骤②~④;⑥ 将高低温环境实验箱调节至-20 ℃、-10 ℃、0 ℃与45 ℃,单体电池SOC设定为50%,重复步骤②~④,进行不同环境温度下的测试;⑦ 调节电流倍率为1 C、5 C、8 C和10 C,单体电池SOC设定为50%,重复步骤②~④,进行不同脉冲电流倍率下的测试。

两组的性别年龄和体重等指标不存在统计学差异性,组间的心率不存在统计学差异性,两组进行检查时心率均比基础心率低。舌下含服组图像质量I级有94.7%,Ⅱ级和Ⅲ级共有5.3%;口服组I级有90.7%,Ⅱ级和Ⅲ级共9.3%。(P<0.05)。舌下含服组患者的检查时间比口服组短,使用的酒石酸美托洛尔剂量比口服少,(P<0.05)。

具体筛选流程图如图4所示。

4 结论

通过温度实验及直流内阻特性实验,确定了快速、高效、实用性强的梯次利用动力锂离子电池的筛选方法:将退役动力锂离子电池模块进行温度实验,根据监测的单体电池的温度,将单体电池分组。选取每组中温度最高的单体电池进行直流内阻特性实验,分析电池的直流内阻与SOC、温度、倍率之间的关系,系统评估单体电池性能。

实验结果表明:所取退役动力锂离子电池模块,第二组单体电池适用的SOC为30%~80%,温度为-10~45 ℃,最大倍率为10 C

宋春,1974年7月生,汉族,山东省兖州市,大学,工商管理,经济师,高级政工师,目前研究方向:人力资源管理

参考文献:

[1] 王芳,孙智鹏,林春景,et al.能量型磷酸铁锂动力电池直流内阻测试及分析[J].重庆理工大学学报,2017,31(8):44-50.

[2] 鲍剑明,龚明光,刘宇.温度和放电深度对钠硫电池欧姆内阻的影响[J].电池,2017,47(2):69-71.

[3] 任保福,贾力,张竹茜,et al.大容量锂离子动力电池热特性的实验研究[J].工程热物理学报,2013,34(11):2 120-2 123.

严媛,顾正建,黄惠,卢存
《电池》 2018年第06期
《电池》2018年第06期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号