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英国开发提高电池包寿命和性能

2021-03-08 ryder

寿命是影响锂电池使用成本的关键因素,因此各大厂家都纷纷采用各种手段提高自家锂电池的使用寿命。锂电池的使用寿命多个因素息息相关,其中电池包管理策略对锂电池包的使用寿命有着显著的影响,为了更好的管理整个电池包,控制电路(BMS)要对电池包中的单体电池的健康状态(SOH)进行实时的监控,以便能够及时对电池包的供电和充电进行调整,从而提升电池包的寿命和性能表现。传统的SOH监控办法紧要是采集电池的容量衰降和功率衰降数据,这种办法较为简单、粗略,无法辨别不同的衰降机理造成的衰降,因此无法准确判断电池的SOH状态,因此这种监控策略是相当低效的一种办法。


英国帝国理工大学的YuMerla开发了一种基于温度和电压的SOH监控办法--温度电压微分法(DTV),该办法基于Maher和Yazami两人在利用熵和焓分解锂电池电极状态的杰出工作,该办法仅要测量电池在在继续放电过程中温度和电压的变化,就可依据这些数据推断锂离子电的SOH状态。


YuMerla采用4只5Ah的方形锂离子聚合物电池(正极NCM,负极石墨)并联成为电池包(其中一只电池预先经过了老化解决,用于探测该办法是不是有效,电池包采用主动风冷散热),并在每只电池中间位置安放了K型热电偶,用于测量电池表面温度。


试验中发现,在开始放电的时候,三只全新的电池电流较大,但是在放电后期老化电池的电流反而要高于三只新电池。一般来说大电流放电会加速电池的衰降,在移除负载后,由于不同衰降程度的电池之间存在电压差,因此并联电池之间还会发生充放电以达到相同电压,这会进一步造成电池的衰降,因此对与电池包来说,要及早鉴别出衰降过大的电池并及时进行更换。


对采集的电池电压和温度等数据利用MATLAB软件进行微分析决,dT/dV曲线的峰的位置和宽度等信息可以用来表征电池的SOH状态,从分解结果上可以看出放电过程中,老化电池的dT/dV峰的电压更低,峰宽更宽。在实际使用中倘若发现某个电池的dT/dV峰的电压分明低于其他电池,峰宽分明大于其他电池,这说明在该电池出现了老化,并联电池包内电流分布出现了不平均的现象,该老化电池要进行及时更换。


在充电过程中由于产热较少,散热较快,既dT/dt0,因此出现了负峰。所以在曲线上出现了两个dT/dV=0的点,由于电压与活性物质的相型之间密切关系,因此可以依据该点的位置跟踪活性物质的相变点。从统计数据上可以看到,充电过程,老化电池的两个dT/dV=0点的电压和出现负峰值的电压都分明高于另外三只正常电池的电压,因此该数据也可以用于测试电池的SOH值。


相比于低频交流阻抗法,ICA法,DHTV法等测试办法,DTV办法仅要数量有限的热电偶采集电池温度数据,通过与BMS实时采集的电压数据进行微分析决,就可以获得单体电池的SOH状态,因此DTV测试办法的使用成本要远低于其他办法。


由于成本低廉,办法简单,DTV办法十分适合用于电池包中单体电池的SOH状态测试,及时发现老化电池,提醒用户进行更换,有效提高电池包的寿命和安全性。该项技术可以使用在电动车电池包、智能手机和笔记本电池的SOH状态监控,用来提高电池的寿命和性能。

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