鉅大LARGE | 點擊量：1212次 | 2022年06月29日
不同區(qū)間衰退路徑下鋰電池的性能相關(guān)性及溫度適用性分析
鋰電池在不同容量區(qū)間和不同工況應力下使用衰退性能不同。北京交通大學國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心、北京電動汽車輛協(xié)同創(chuàng)新中心、北京新能源汽車股份有限公司的研究人員孫丙香、劉佳、韓智強、任鵬博、張維戈，在2020年第9期《電工技術(shù)學報》上撰文，以復合材料鋰電池為研究對象，基于電化學相變機理對循環(huán)區(qū)間進行劃分，在分區(qū)間和全區(qū)間分別完成了累計吞吐量600次的循環(huán)測試。
基于不同容量區(qū)間循環(huán)過程性能衰退結(jié)果，采用回歸分析法建立鋰電池的特點參量相關(guān)性模型，包含累積容量衰退率的相關(guān)性、累積內(nèi)阻衰退率的相關(guān)性和二者之間的相關(guān)性，得到模型的擬合優(yōu)度均在95%以上。進一步地，將模型推廣到更寬的溫度范圍，量化分析了模型的適用性。
結(jié)果表明：在不同溫度下，累積容量衰退率的相關(guān)模型適用性很強，但累積內(nèi)阻相關(guān)模型和兩參量之間相關(guān)模型的適用性較弱。不同衰退路徑下容量和內(nèi)阻的演變規(guī)律，為鋰電池的使用區(qū)間選擇供應了依據(jù)，也為不同條件下的衰退預測供應了新思路。
目前，電動汽車逐漸已成為汽車產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。動力鋰電池是電動汽車重要能量來源，決定著電動汽車的續(xù)航里程、動力性、經(jīng)濟性和安全性，而使用過程中表現(xiàn)出來的性能衰退一直是制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。
對電池衰退特性的研究通常包括衰退路徑劃分、衰退軌跡預測以及衰退機理分析等。現(xiàn)階段國內(nèi)外多位學者對鋰電池的循環(huán)區(qū)間進行了研究。但這些研究大多忽略了鋰電池在實際運行過程中存在的不同反應階段，沒有從機理上去劃分動力鋰電池的反應區(qū)間。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰電池的相變過程能夠反映出非常豐富的特點信息，和電池的多個參數(shù)具有非常高的關(guān)聯(lián)性。采用容量增量分析（IncrementalCapacityAnalysis,ICA）曲線能將傳統(tǒng)充放電電壓曲線上涉及電池相變的電壓平臺轉(zhuǎn)化成能明確識別的峰，建立電池外特性和內(nèi)部電化學特性的對應關(guān)系。
北京交通大學國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心、北京電動汽車輛協(xié)同創(chuàng)新中心的研究人員，基于被測電池的IC曲線劃分了三個相變區(qū)間，加上全區(qū)間，共計四個區(qū)間，并對此進行了測試。基于測試數(shù)據(jù)能夠分析電池在單個相變區(qū)間循環(huán)工作時，相關(guān)參數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的演變規(guī)律，同時進一步建立分區(qū)間參數(shù)和全區(qū)間參數(shù)的關(guān)系。
容量和內(nèi)阻是鋰電池性能衰退過程中兩個重要的表征參數(shù)，其對電池的功率、能量等參數(shù)的估計和控制策略的制定有重要影響。
目前，業(yè)內(nèi)科研人員對鋰電池衰退后的性能表現(xiàn)進行了多角度的研究。但是綜合研究發(fā)現(xiàn)，如何把容量和內(nèi)阻結(jié)合起來，采用兩個參數(shù)"打包"表征電池的SOH，目前還沒有成熟的方法。而且，電池循環(huán)衰退后性能表現(xiàn)的相關(guān)性問題的定量分析現(xiàn)有文獻也很少涉及。
因此，研究人員采用回歸分析法研究不同衰退路徑下累計容量衰退率的相關(guān)性、累積內(nèi)阻衰退率的相關(guān)性和二者之間的相關(guān)性，以及其結(jié)果在不同環(huán)境溫度下的適用性等規(guī)律。
圖1試驗平臺
圖2測試流程
他們采用多元線性擬合的方式分析了A、B、C區(qū)間和D區(qū)間累積容量衰退率和累計內(nèi)阻變化率的相關(guān)性，得到的擬合曲線其擬合優(yōu)度基本在0.95以上。
在不同溫度下，累積容量衰退率的相關(guān)模型有較好的適用性，有關(guān)多元線性擬合結(jié)果，在15℃環(huán)境下擬合值和實際值之間最大偏差為2.47%，40℃環(huán)境下最大偏差為2.41%；但累積內(nèi)阻變化率的模型適用性較弱。
此外，分析了每個循環(huán)區(qū)間下容量及內(nèi)阻的變化規(guī)律的特性，從"急—緩—急"三個階段分析了兩者變化相關(guān)性的內(nèi)部機理；同時利用線性擬合分段描述了兩者的線性關(guān)系，擬合優(yōu)度均在0.94以上，相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗證二者的相關(guān)性在不同溫度下適用性較弱。
這些相關(guān)性規(guī)律的研究，為鋰電池的使用區(qū)間選擇和電池衰退預測供應了參考依據(jù)。
以上研究成果發(fā)表在2020年第9期《電工技術(shù)學報》，論文標題為"不同區(qū)間衰退路徑下鋰電池的性能相關(guān)性及溫度適用性分析"，作者為孫丙香、劉佳、韓智強、任鵬博、張維戈。
