【锂离子电池退化分析4300字】

锂离子电池退化分析目录TOC\o"1-3"\h\u16867锂离子电池退化分析 [43]。其中，欧姆内阻主要正负电极间的连接部分，包括正负电极，电解液，隔膜等，而极化内阻出现在电芯内电流产生的瞬间，是电池内部各种阻碍带电粒子前进趋势的总和。图2-8为锂离子电池脉冲放电过程电压变化曲线图。由图2-8可以看出，在电池开始放电的一瞬间，放电曲线存在一个瞬时压降ΔU1，这是由于外回路接通瞬间，电压传感器检测的电池电压由电池电势迅速切换到端电压的结果，锂离子电池端电压是指电压传感器检测到处于工作状态下的外回路中正负电极间的电压，其值等于电池电势也就是电池两端开路电压减去欧姆内阻占压后的数值，ΔU1即为欧姆内阻占压。同理，ΔU2为放电过程结束瞬间断开外电路时，电压传感器检测的电压由端电压迅速切换到开路电压从而出现瞬时回升，同样是由于欧姆内阻的影响，两者表示的意义是相同的。图2-8锂离子电池脉冲放电过程电压变化在实际情况下，实验过程中能够检测到纯欧姆内阻的时间非常短暂，时间窗口一般在1-2ms以内，这是由于电池极化现象会在放电过程中电流初始值增加到所设定电流恒定值的过程中逐渐加强，这时两种内阻就共同发挥作用，混合到一块从而无法进行分辨。虽然实验室中可以利用混合动力脉冲能力特性（HybridPulsePowerCharacteristic,HPPC）来测量电池内阻，但是测量结果的准确性与使用的充放电设备以及传感器的精度密切相关，并且电池自身内阻值大小也会影响测量结果的精确度。因此综合以上因素考虑，本文选择电池实际容量作为电池健康的评价指标。锂离子电池容量衰减表征参数 由于锂离子电池内部衰退过程中包含各种复杂的化学反应，一般情况下难以准确描述，但是电池SOH可以通过自身所具有的表征参数来进行反映，因此能否正确选取与电池衰减有关的并且适合用于预测SOH的表征参数，对电池健康状态精确估计至关重要。通常用于锂离子电池SOH估计的表征参数可以分为两类：一类是传感器能够直接采集到的表征量，如电池充放电循环次数，电池内部温度，电池充放电电流以及电压等；另一类是传感器难以直接采集获取，而是需要对采集数据进行进一步挖掘的表征量，如容量增量。（1）锂离子电池充放电循环次数锂离子电池SOH随充放电循环次数变化曲线如图2-9所示，由图2-9可以看出虽然两种电池的SOH衰减曲线不同，但两者从整体来看的趋势都是逐渐减小的。目前国内外已有很多通过充放电循环次数来预测电池SOH的相关研究成果和文献，此方法主要依据锂离子电池容量随充放电次数增加而减少的原理，将电池实际容量与充放电循环次数采用高阶多项式等非线性拟合方法进行拟合，通过拟合出来的模型来预测电池SOH。该方法具有原理简单、容易实现等优点，但是需要动力电池在充放电过程中达到满充满放的状态，然而电动汽车在实际行驶过程中无法实现这种要求，所以此方法并不适用于在线估计动力锂离子电池SOH。图2-9电池SOH随充放电循环次数变化曲线（2）电池内部温度随着锂离子电池充放电次数的增加，如图2-6所示，电池内部最大温度随着电池的充放电循环次数的增加也在逐渐增大。造成这种结果的原因是由于电池老化引起内阻增加而导致内部热量增多，这与电池SOH下降呈现一种映射关系。从理论分析来看，电池内部温度在某种程度上可以作为电池容量衰减过程中表征SOH的参数，但是无法满足电动汽车在实际过程中需要保持在恒流模式下放电这一要求，否则变量增多的情况下测量的温度值没有比对价值。并且车载传感器也无法真正有效的准确测量内部温度值，因此现阶段将电池内部温度作为电池健康状态表征量的可行性不大。（3）电池自放电率锂离子电池充放电使用次数越多，自放电情况就会越严重即自放电率越高。自放电率一般指在常温放置下电池自然衰减容量与额定容量的百分比值，与电池SOH之间成某种正比关系，因此理论上可以将自放电率作为电池SOH预测的表征参数。然而目前电动汽车动力电池的自放电率是无法通过传感器直接测量的，所以在实际情况下无法通过自放电率作为表征参数来估计电池健康状态。（4）电池充放电电压、电流和时间在电池恒流充电阶段，不同循环次数下的充电电压曲线变化情况如图2-10所示。通过图2-10可以发现，整体上每次充电时的电压平台随着充电次数的增加在逐渐升高，例如在锂离子电池第10次充放电循环时，可以明显看到恒流充电电压平台最低，并且随着使用次数的增加，充电电压平台也在逐渐升高。根据电池容量的定义式Q=It可知，恒流充电过程中电池容量与充电时间成正比，图2-10中锂离子电池在第10次循环时，电池从所设置的最低截止电压充电到恒流模式下最高充电截止电压所用的时间最长，并且所需要的时间随着充放电次数的增加而逐渐减少，可认为是由于电池容量逐渐衰减引起的。图2-10恒流充电时电压变化曲线在电池恒流放电阶段，不同循环下的放电电压曲线也会发生相应变化，如图2-11所示。由图2-11可以看出放电时电压平台变化趋势与充电时相反，整体上每次放电时电压平台会随着放电次数的增加而逐渐降低。但是恒流放电过程所需时间逐渐缩短的这一趋势与充电时相同，这也可以认为是由于电池实际容量的衰减所导致的。图2-11恒流放电时电压变化曲线所以根据以上分析，采用锂离子电池恒流充电或恒流放电过程中的电压值和充电时间能够作为锂离子电池SOH下降的表征参数。并且锂离子动力电池电压、电流以及所用时间都可以通过电池管理系统自带的电压、电流测量模块直接采集，不需要再对系统增设电路，所以利用充放电电压、电流与时间的关系作为估计电池SOH的指标在现实中有可行之处。（5）容量增量容量增量曲线定义为容量与电压的微分，指的是对电池进行恒流充电时，当取极小值的时间间隔时，容量增量可以表示为： （3-5）其中，Vt表示t时刻的端电压。容量增量曲线是通过对电池管理系统测量到恒流充放电过程的电压、电流数据进一步挖掘得到的，