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鋰電池自放電測(cè)量方法

鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng) ? 來(lái)源:鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng) ? 作者:鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng) ? 2022-07-10 15:22 ? 次閱讀

鋰離子電池自放電的測(cè)量方法主要分為兩大類(lèi):1)靜置測(cè)量方法,通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的靜置得到自放電率;2)動(dòng)態(tài)測(cè)量方法,在動(dòng)態(tài)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的參數(shù)識(shí)別。本期主要介紹動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。

為了縮短測(cè)量時(shí)間、節(jié)省空間資源和人力資源,研究人員也作了很多嘗試。一種方法是通過(guò)改變環(huán)境溫度和電池的SOC等條件來(lái)加快自放電速率,使測(cè)量參數(shù)可以在較短的時(shí)間內(nèi)有相對(duì)較大的變化。這種方法雖然節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,但同時(shí)也加快了電池的老化,增加了對(duì)電池的損傷,只適用于實(shí)驗(yàn)室研究,不適合在實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。另外一種方法則是在現(xiàn)有較為成熟的鋰離子電池等效電路模型的基礎(chǔ)上,引入自放電電阻,通過(guò)不同的參數(shù)識(shí)別手段,在動(dòng)態(tài)過(guò)程中測(cè)量鋰離子電池的自放電率。

李革臣等[1-2]利用自動(dòng)化系統(tǒng)辨識(shí)理論,將鋰離子電池簡(jiǎn)化為一階電阻-電容(R-C)等效電路,對(duì)鋰離子電池和等效電路施加相同的充放電電流,根據(jù)輸出電壓的差異調(diào)整等效電路的參數(shù),直到二者差異趨近于零,就得到了鋰離子電池自放電電阻值。這種方法需要的總測(cè)量時(shí)間約為12h。但是,該方法將電池等效為一個(gè)無(wú)源電路,未考慮在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電池荷電狀態(tài)變化對(duì)輸出電壓產(chǎn)生的影響。

Schmidt等[3]將電池簡(jiǎn)化為如圖1所示的等效電路。其中:Rp,i為電化學(xué)反應(yīng)電阻,Cp,i為雙電層電容,Rself為自放電電阻,C為電池等效電容。通過(guò)對(duì)鋰離子電池施加短時(shí)間的電流脈沖,測(cè)量隨后靜置過(guò)程中的電壓變化,進(jìn)一步解析得到自放電電阻值。該方法僅考慮靜置時(shí)每一階段起主導(dǎo)作用的反應(yīng),將復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理解耦,在減少計(jì)算量的同時(shí)也縮短了測(cè)量時(shí)間。

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圖1 文[3]所用鋰離子電池等效電路

具體來(lái)講,靜置初期起主導(dǎo)作用的是過(guò)電壓的恢復(fù),靜置末期電池的自放電才起主導(dǎo)作用。可通過(guò)靜置末期的數(shù)據(jù)分析自放電的時(shí)間常數(shù),再補(bǔ)償過(guò)電壓恢復(fù)期自放電導(dǎo)致的電壓降,求解電池等效電容,最終得到自放電電阻值。該方法可以在10~48h內(nèi)得到鋰離子電池的自放電電阻,與傳統(tǒng)方法相比節(jié)省很多時(shí)間,但為觀(guān)察到自放電起主導(dǎo)作用的階段,仍需消耗大量靜置時(shí)間。

Ouyang等[4]將電池內(nèi)短路的影響分為兩大類(lèi),分別是參數(shù)效應(yīng)和消耗效應(yīng)。其中:參數(shù)效應(yīng)是指由于短路電阻的存在,導(dǎo)致測(cè)量的開(kāi)路電壓和內(nèi)阻相對(duì)真實(shí)值有一定偏差;消耗效應(yīng)是指由于短路電阻的存在,電池內(nèi)部存儲(chǔ)的能量不斷被消耗,電池SOC不斷下降,這將導(dǎo)致電池開(kāi)路電壓和內(nèi)阻的真實(shí)值相對(duì)正常值產(chǎn)生一定的偏差。

式(10)和(11)所示的電池差異模型中:Ei為電池開(kāi)路電壓,Ri為電池內(nèi)阻,Ui和I分別為測(cè)得的電池電壓及電流。利用遞歸最小二乘方法求得ΔEi和ΔRi的值,最后通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法識(shí)別超出閾值的異常參數(shù),從而判斷電池是否出現(xiàn)內(nèi)短路。在短路電阻為100Ω時(shí),該方法最快可在4h43min內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)短路的辨識(shí)。

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以上3種動(dòng)態(tài)測(cè)量方法,通過(guò)引入等效電路等手段將鋰離子電池進(jìn)行簡(jiǎn)化,并采用了創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)方法解析出自放電電阻值,在縮短測(cè)量時(shí)間方面取得了較大的進(jìn)展。

總結(jié)上一篇:鋰電池自放電測(cè)量方法:靜置測(cè)量法!

綜述了靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)深?lèi)鋰離子電池自放電率的測(cè)量方法,得出的主要結(jié)論包括以下3點(diǎn):

1、發(fā)生在負(fù)極/電解液和正極/電解液界面的副反應(yīng)是鋰離子電池自放電的主要來(lái)源,可以通過(guò)對(duì)正極表面進(jìn)行改性,在負(fù)極、電解液中加入添加劑等手段,抑制自放電的發(fā)生。

2、在電池的存儲(chǔ)過(guò)程中,應(yīng)盡量避免處于過(guò)高或過(guò)低的SOC狀態(tài),并且環(huán)境溫度和濕度應(yīng)保持在一個(gè)相對(duì)較低的范圍內(nèi)。

3、目前主流的自放電測(cè)量方法是以長(zhǎng)時(shí)間靜置實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的靜態(tài)測(cè)量。該類(lèi)方法的最大問(wèn)題是測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng),造成空間和人力資源的巨大浪費(fèi)。研究人員提出了一些結(jié)合等效電路模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法,這些方法在縮短測(cè)量時(shí)間方面取得了一定的進(jìn)展。通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),在動(dòng)態(tài)過(guò)程中完成對(duì)自放電的解耦識(shí)別,是未來(lái)實(shí)現(xiàn)自放電快速測(cè)量的關(guān)鍵路徑和發(fā)展方向。

原文標(biāo)題:鋰電池自放電測(cè)量方法:動(dòng)態(tài)測(cè)量法!

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審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:鋰電池自放電測(cè)量方法:動(dòng)態(tài)測(cè)量法!

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