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充电电压对衰减锂电池温升、热失控影响的钻研

更新时间:2019-07-11   来源:本站原创

  对锂电池过充电,出格是持续、长时间的过度充电,过度充电间接影响电池极板布局、隔阂和电解液的不变性,不只会形成容量永世性下降,并且内阻持续增大,动力机能下降。此外,个体衰减电池还会发生漏电增大、存不住电、浮充电流持续居高不劣等问题,这些问题的呈现,会使得锂电池正在必然充电电压下发烧较着,还会通过热传送对相邻的锂电池进行加热,进一步加剧锂电池的衰减。

  通过前面的持续平衡充放电尝试发觉,衰减严沉的1#和2#锂电池温升对充电电压比力,当充电电压处于4.2V时,温升相对较高,很是较着,漏电流也较大,劣化程度远跨越3#和4#锂电池;当将充电电压下调至4.1V时,1#和2#锂电池温升较着下降,取衰减较轻的3#和4#锂电池相当,漏电流也大幅度下降。

  平衡充电采用CC/CV模式,充电电流为1A、限压充电,因为平衡器的介入,任一电池的最高充电电压能够节制正在4.25V以内,不会发生过充电;恒流平衡放电:放电电流1A,总放电截止电压12.0V,同样因为平衡器的介入,任一电池的最低放电电压能够节制正在2.9V以上,不会发生过放电。做为研究和对照,尝试分为两个阶段进行。

  正在长达持续200次的平衡充放电轮回中,充电期间以及浮充期间的的温升差别一直很小,没有较着变化,出格是浮充电期间,温升的绝对值和相对值远远低于第一阶段,整组电池放电容量虽然比一阶段略有削减,但平安性和不变性大幅度提高,出格是对于防止“热失控”结果很是显著,继而能够大幅度耽误电池的轮回利用寿命,从而得出了降低衰减电池充电电压会间接降低电池温升和漏电流的尝试结论。

  为了对上述结论进行进一步验证,接下来,正在连结平衡器毗连的根本上,将电池组的充电电压提高至17.2V,因为高效电池平衡器的介入和干涉,等于每块电池的电压再提高0.1V,达到4.3V,再进行同样的平衡充电尝试,成果发觉,待电压完全均衡并进入浮充电形态后,正在不异的室温下浮充电流增大到0.21A摆布,1#和2#电池的温升进一步提高,无论是绝对值仍是相对值都高于衰减程度较低的3#和4#锂电池,进一步验证了充电电压对衰减电池影响的结论。

  短时间内,充电电压少量跨越充电截止电压不会对锂电池发生,但严禁长时间持续进行这种过充电操做,不然对锂电池的将是不成逆的,除了容量降低、内阻和自放电率增大外,影响最大的是平安性降低,温度快速升高,容易激发热失控,继而发生爆炸、着火等。

  这项持续研究尝试是正在高效及时电池平衡器介入下完成的,目标是查验不异电压下分歧衰减程度锂电池的漏电流和发烧温升环境,并进行比力,寻找内正在纪律。正在移除尝试用电池平衡器的环境下进行同样的充放电轮回尝试时,衰减严沉的1#和2#锂电池的电压表示霎时就发生劣化,远远超出最大答应范畴,现实温升比第一阶段末期还要高,“热失控”风险程度提高。

  本文实例的第二阶段中,平均充电电压下调0.1V,虽然充电容量和放电容量会下降约10~20%,削减了续航时间,但平安性却大幅度提高,利大于弊。这种方式若是将其使用于电动汽车,必将提高电动汽车的电池平安性,削减充电(包罗快速充电后的一段时间内)爆炸、起火的概率,终究平安才是第一位的。

  高效电池平衡手艺的介入虽然并不克不及消弭电池组的分歧性问题,但会减缓和分歧性问题的深切成长,而且对衰减电池具有必然的修复感化,介入的越早,所起的感化和结果就越好。

  通过容量检测参数能够看到,1#和2#电池的容量衰减很是严沉,这些电池都有一个配合特点,就是自放电率远远高于一般容量电池(自放电率差别会加快分歧性劣化),正在充满电的环境下,即便不毗连任何负载,开电压也会以较快的速度降低,为防止电池正在充放电期间再次发生过充和过放问题,轮回尝试全程毗连高效电池平衡器样机,即实行平衡充电和平衡放电。

  由此能够得出两个关系结论:一是充电电压取自放电率、漏电流、温升、热失控之间存正在必然的关系,如图2所示,图中,↑符号暗示上升,↓符号暗示下降;二是上述目标的劣化幅度取电池的衰减程度相关,衰减越严沉,劣化幅度越大;三是高效电池平衡器的长时间持续介入间接影响并改善了衰减锂电池的电化学特征,对衰减锂电池具有必然的修复感化。

  锂电池布局及充放电道理,要求锂电池利用期间的电压必必要节制正在平安区间,严禁过充电和过放电,这就是锂电池零丁利用时必必要配套一块锂电池板的缘由,现实上,分歧类型锂电池的充放电截止电压值并不是绝对的,有少量的冗余。

  通过持续尝试及丈量数据发觉,电池衰减后,自放电率和内阻上升,导致电池的漏电流增大,而漏电流的增大又反过来提高电池的温升,加之内阻的增大又帮推温度的提拔,温升提高后又会加大自放电率,从而构成典型的正反馈,加快衰减电池的进一步劣化,正在无法及时节制和最高充电截止电压的环境下,衰减电池的充电温升会快速上升,存正在较高的热失控风险。

  为使尝试更具遍及性,尝试所用电池全数为梯次操纵电池,而且具有典型的分歧性差别特征,尝试电池组为4串锂电池组,如图所示(下方设备为高效及时电池平衡器样机),均为过充电(过放电)缘由惹起的退役电池,已轮回利用次数未知,原设想容量为2.2Ah,现实残剩容量为1#:1.22Ah、2#:0.95Ah、3#:1.73Ah、4#:1.94Ah(放电截止电压3.00V),现实残剩容量别离为原设想容量的55.5%、43.2%、78.6%和88.2%。

  第二阶段:按照第一阶段衰减严沉的1#和2#电池充电温升和浮充电流不竭上升的现实环境,正在301—500次轮回期间,对整组最大充电电电压进行了下调,按照每块电池下调0.1V的幅度,全体充电电压下调至16.4V,跟着充电电压的下降,正在第二阶段发烧严沉的1#和2#电池的温升起头大幅度下降,取3#和4#电池的温升根基不异,略高于温度。

  而当充电竣事电压恢复一般以至恰当降低的时候,漏电流和温升城市较着下降,衰减速度降低,轮回充放电次数添加,为了研究充电电压对锂电池温升和漏电流的影响,做者通过持续科学尝试进行了求证,获取大量的科学尝试数据,通过科学的数据阐发,得出很是有价值的结论,下面连系具体的系统尝试和数据进行阐发和阐述。

  正在101—300次轮回期间,正在浮充电压不变的环境下,整组电池的浮充电流以及1#和2#电池的温升呈现迟缓、逐步增大的趋向,最大浮充电流高达0.18A,经检测,浮充电流增大次要是因为1#和2#电池漏电流增大惹起平衡器从动干涉的成果,正在尝试电池全天候处于的下,充电期间的最大温升均较着跨越3#和4#电池,最大温差达到9℃摆布,温度最高的是2#电池,丈量数据如表1所示,同时,整组电池的现实放电容量平稳下降,合适电池的容量衰减纪律。

  颠末两个阶段的持续轮回尝试,连系电池温升、放电容量和浮充电流的变化,得出如下结论:对于衰减电池,降低充电电压虽然令电池的放电容量有所下降,可是却较着降低了电池的发烧温度、降低了衰减电池发生热失控的风险概率,提高了电池的平安性和轮回实施寿命,

  电动车(包罗电动汽车)利用一段时间后,当电池组发生分歧性问题并导致充电容量和续航里程较着降低后,继续利用快充或大功率充电器按照尺度电压充电时,电池组发生起火爆炸的概率大幅度上升。但若是恰当降低充电电压,虽然充电容量和续航里程有少量的下降,但换来的是平安性的提高,出格是对于电池组分歧性问题没有获得根治之前,这种方式是简单、无效的,本文通过大量的持续、系统性科学尝试证明,恰当降低充电电压能够较着降低衰减电池的充电温升,降低发生热失控的概率。

  当将第二阶段尝试竣事的电池组从头恢复成第一阶段尝试参数时,第一阶段浮充阶段的电池温升等表示虽然又从头呈现,但温升和浮充电流略有下降,正在温度根基不异的环境下,1#和2#电池的温升平均下降2~3℃,浮充电流下降至0.14A摆布。

  分歧厂商和品牌的电动车(包罗电动汽车)充电期间电池组发生起火爆炸的案例大量着各类,其底子缘由正在于电池组的分歧性问题,出格是因外部利用形成的分歧性问题未能无效节制、处理,导致个体单位电池的长时间过度充电,惹起电池的热失控,最终导致电动汽车发生火警。

  这种思惟,加之设置装备摆设高效电池平衡手艺,若是是使用到电动汽车所利用的多并多串锂电池组,那么电动汽车的电池组平安性就会获得大幅度提拔,充电时发生爆炸、着火的概率就会大幅度下降。鉴于目前高效电池平衡手艺研起事度大、成本高、难以普及的现实,同时基于BMS办理后台可以或许监测单位电池最大充电电压和节制整组电池充电电压的现实,采用最大充电电压的方式来提高电池组的运转平安性不失为一种简单、无效的手艺手段。

  若是最高充电电压跨越电解液的分化电压,衰减电池的温升将正在短时间内急速上升,热失控风险进一步加大,极有可能会激发热失控毛病。这种环境取电动汽车正在出厂时电池组运转比力平安,而正在利用一段时间后,如几个月或几年个体车辆充电时发生起火爆炸的景象很是类似,问题的本色都是因为电池组的分歧性问题没有获得无效处理惹起的。

  本文通过对4串梯次操纵锂电池组正在分歧充电电压下的平衡充放电轮回尝试数据表白,恰当降低锂电池的充电电压,对于曾经发生衰减的锂电池意义严沉,降低温升、降低漏电流结果显著,跟着高效电池平衡器的介入和干涉,将衰减电池的电压一直节制正在平安电压范畴内,电池组内衰减电池单位的过充电和过放电概率大幅度降低,进一步提高电池组的运转平安性。

  同时降低平均充电电压还能够最大限度地降低衰减电池的过充电概率,虽然降低充电电压会削减锂电池的的充电容量和缩短续航时间,但降低比例很小,换来的倒是锂电池组的高运转平安系数、低“热失控”风险和长轮回寿命,意义同样很是严沉。

  第一阶段:全程采用公用充电器进行CC/CV模式充电,限流1A、限压16.8V充电,正在初期的100次轮回中,出格是充电环节的后期(浮充电期间),正在平衡器的介入下,4块电池的外壳温度(采用红外测温仪丈量,下同)比力接近,没有较着的区别,取温度差距不大,浮充电流也正在合理范畴,放电容量根基平稳,全体容量呈现迟缓线性下降的形态,合适电池的容量衰减纪律。

  为什么电池组长时间充电会发烧严沉,出格是利用一段时间后发生衰减迹象的电池组,通过对充电发烧电池组的剖解和专业检测发觉,次要是因为电池组分歧性差别问题的遍及存正在形成的,这种电池组存正在较着衰减电池,而且衰减电池内阻较着增大,从而导致电池组发烧问题具有遍及性,针对这一问题,做者开展了长达一年多持续研究,深切探究充电电压对衰减电池温升和热失控的影响。

  相反,降低电池组的充电电压,间接性地降低了衰减电池的充电电压,虽然续航里程有所降低,但存正在衰减电池的电池组平安性提拔,这一点,取电动汽车厂商保举用户正在充电时只充电80%摆布就遏制充电的保举做法是相吻合的,这是由于,电池组只充电80%,间接降低了衰减电池的充电电压,平安性天然就会好一点。


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