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实测和分析发现锂电池(组)衰减后的各种特征表现

钜大LARGE  |  点击量:7344次  |  2019年03月27日  

锂电池是非常重要和经典的二次电池,在各个行业具有非常重要的作用,但锂电池对使用环境和使用条件要求较高,当环境和条件发生明显变化时都会直接影响锂电池的使用寿命。锂电池在寿命终止前都会先进入衰减阶段,衰减控制得好,电池的使用寿命长,否则寿命短,通过对大量锂电池组的解剖、实际测量和分析发现,电池组的衰减不是渐进式的,而是加速式的,具有各种特征:

一、单元锂电池的衰减特征

一是容量下降。随着使用次数的增加,实际放电容量和放电时间逐渐降低;

二是内阻上升。内阻上升后的典型表现是带负载能力下降,电压下降速度加快,电池发热量上升,而发热量上升又会反过来进一步加剧电池的衰减。

三是漏电,存不住电。漏电的本质是自放电率上升,发生漏电后,充电和放电期间温度一直比较高,充满电后,即使不带任何负载,电压也会缓慢下降,漏电越严重,电压下降速度越快。

单元锂电池发生明显的衰减后,只需更换即可,方便快捷。另外,单电池通常是比较安全的,排除设计缺陷外,通常不易发生安全事故。

二、锂电池组的衰减特征

锂电池组发生衰减后除了具有单个锂电池的衰减特征外还具有一些其它特征,如一致性变差,另外,相对单元锂电池,锂电池组还面临一个风险,那就是热失控风险,这一点通常不会发生在单元锂电池身上,只有在锂电池组上才会发生,而且一旦发生,产生的后果也往往是严重的。

锂电池组发生衰减后,其衰减特征会得到放大,串数越多,衰减特征的放大效应越明显,远远超过单块锂电池的衰减表现。

一是电池组的容量利用率严重下降。由于电池衰减的差异,一个电池组中通常是只有一两个单位率先发生较为明显的衰减,在没有有效的电池均衡管理情况下,衰减电池的衰减速度会得到放大,加速电池组的衰减速度。我们知道,电池组的容量特征具有明显的“木桶效应”,因此一两块衰减电池的实际容量就代表了整个电池组的容量,而其它电池,无论是否衰减,无论容量多高都无法对外做功,无法发挥容量的价值,这种一致性问题的表现,使得电池组的串数越多,容量损失越严重,严重降低电池组的容量利用率。

二是内阻增大,带负载能力严重下降,SOC跳变严重。典型表现是,未带负载时,总电压和SOC很高,当加上相同的电气负载后,总电压和SOC会急剧下降,而当断开电气负载后,总电压和SOC又急剧上升,特别是会导致SOC发生剧烈跳变,误导用户。如果BMS中的SOC估算策略和算法不佳,那么SOC跳变问题就会更加严重,导致用户无所适从。这种情况,还会导致电池组的功率输出严重不足,动力快速下降。

三是电池组温度上升明显,加剧热失控风险。电池组衰减后,其中的衰减电池在充电和放电的情况下的温升会明显超过其它电池,不仅进一步加剧自身的衰减,情况严重的极有可能发生“热失控”风险,并引发事故。

三、控制锂电池组衰减的理想方案

锂电池组快速衰减的因素非常多,最根本的原因还是电池的一致性出现了问题,而过充电和过放电是电池衰减的主要原因,因此,彻底解决电池组快速衰减的根本方案是解决电池组的一致性问题,基于目前电池一致性管理的技术状况,最有效的技术方案是电池均衡技术,特别是高速、高效、实时、转移式电池均衡技术,可喜的是,这种技术已经研发成功,并且出自于民间非专业领域,关注作者头条号可以了解更多电池均衡技术信息。

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