充电电压对衰减锂电池温升、热失控影响的研究

 新闻资讯     |      2019-07-12 21:45

  电动车(席卷电动汽车)运用一段时刻后,当电池组发作划一性题目并导致充电容量和续航里程显明低落后,无间运用疾充或大功率充电器依照规范电压充电时,电池组发作起火爆炸的概率大幅度上升。但假如符合低落充电电压,固然充电容量和续航里程有少量的低重,但换来的是安闲性的普及,万分是看待电池组划一性题目没有取得根治之前,这种法子是简便、有用的,本文通过豪爽的一连、体系性科学试验外明,符合低落充电电压可能显明低落衰减电池的充电温升,低落发作热失控的概率。

  区别厂商和品牌的电动车(席卷电动汽车)充电时期电池组发作起火爆炸的案例豪爽弥漫着各式媒体,其基础源由正在于电池组的划一性题目,万分是因外部运用处境形成的划一性题目未能有用统制、处分,导致个人单位电池的长时刻太甚充电,惹起电池的热失控,最终导致电动汽车发作火警。

  为什么电池组长时刻充电会发烧吃紧,万分是运用一段时刻后发作衰减迹象的电池组,通过对充电发烧电池组的剖解和专业检测发明,合键是因为电池组划一性不同题目的集体存正在形成的,这种电池组存正在显明衰减电池,而且衰减电池内阻显明增大,从而导致电池组发烧题目具有集体性,针对这一题目,作家发展了长达一年众连接咨议,长远探究充电电压对衰减电池温升和热失控的影响。

  锂电池构造及充放电道理,恳求锂电池运用时期的电压必要要统制正在安闲区间,苛禁过充电和过放电,这即是锂电池只身运用时必要要配套一块锂电池扞卫板的源由,现实上,区别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。

  短时刻内,充电电压少量越过充电截止电压不会对锂电池出现凌辱,但苛禁长时刻一连实行这种过充电操作,不然对锂电池的凌辱将是弗成逆的,除了容量低落、内阻和自放电率增大外,影响最大的是安闲性低落,温度迅速升高,容易激发热失控,继而发作爆炸、着火等紧急。

  对锂电池过充电,万分是一连、长时刻的太甚充电,太甚充电直接影响电池极板构造、隔阂和电解液的宁静性,不但会形成容量悠久性低重,况且内阻连接增大,动力本能低重。其它,个人衰减电池还会出现泄电增大、存不住电、浮充电流连接居高不劣等题目,这些题目的产生,会使得锂电池正在必然充电电压下发烧显明,还会通过热传达对相邻的锂电池实行加热,进一步加剧锂电池的衰减。

  而当充电闭幕电压光复平常乃至符合低落的工夫,泄电流和温升城市显明低重,衰减速率低落,轮回充放电次数扩展,为了咨议充电电压对锂电池温升和泄电流的影响,作家通过一连科学试验实行了求证,获取豪爽的科学试验数据,通过科学的数据剖析,得出极度有代价的结论,下面联络全体的体系试验和数据实行剖析和论述。

  为使试验更具集体性,试验所用电池整个为梯次操纵电池,而且具有楷模的划一性不同特点,试验电池组为4串锂电池组,如图所示(下方筑设为高效及时电池平衡器样机),均为过充电(过放电)源由惹起的退伍电池,已轮回运用次数未知,原打算容量为2.2Ah,现实节余容量为1#:1.22Ah、2#:0.95Ah、3#:1.73Ah、4#:1.94Ah(放电截止电压3.00V),现实节余容量区别为原打算容量的55.5%、43.2%、78.6%和88.2%。

  通过容量检测参数可能看到,1#和2#电池的容量衰减极度吃紧,这些电池都有一个联合特色,即是自放电率远远高于平常容量电池(自放电率不同会加快划一性劣化),正在充满电的情形下,假使不衔接任何负载,开途电压也会以较疾的速率低落,为制止电池正在充放电时期再次发作过充和过放题目,轮回试验全程衔接高效电池平衡器样机,即实行平衡充电安闲衡放电。

  平衡充电采用CC/CV形式,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可能统制正在4.25V以内,不会发作过充电;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可能统制正在2.9V以上,不会发作过放电。行动咨议和比照,试验分为两个阶段实行。

  第一阶段:全程采用专用充电器实行CC/CV形式充电,限流1A、限压16.8V充电,正在初期的100次轮回中,万分是充电枢纽的后期(浮充电时期),正在平衡器的介入下,4块电池的外壳温度(采用红外测温仪衡量,下同)对比迫近,没有显明的区别,与处境温度差异不大,浮充电流也正在合理领域,放电容量根基安稳,全部容量显示舒缓线性低重的形态,合适电池的容量衰减顺序。

  正在101—300次轮回时期,正在浮充电压褂讪的情形下,整组电池的浮充电流以及1#和2#电池的温升显示舒缓、逐步增大的趋向,最大浮充电流高达0.18A,经检测,浮充电流增大合键是因为1#和2#电池泄电流增大惹起平衡器自愿干涉的结果,正在试验电池全天候处于怒放的处境下,充电时期的最大温升均显明越过3#和4#电池,最大温差抵达9℃足下,温度最高的是2#电池,衡量数据如外1所示,同时,整组电池的现实放电容量安稳低重,合适电池的容量衰减顺序。

  第二阶段:依据第一阶段衰减吃紧的1#和2#电池充电温升和浮充电流不息上升的现实情形,正在301—500次轮回时期,对整组最大充电电电压实行了下调,依照每块电池下调0.1V的幅度,全部充电电压下调至16.4V,跟着充电电压的低重,正在第二阶段发烧吃紧的1#和2#电池的温升起先大幅度低重,与3#和4#电池的温升根基相仿,略高于处境温度。

  正在长达一连200次的平衡充放电轮回中,充电时期以及浮充时期的的温升不同永远很小,没有显明变动,万分是浮充电时期,温升的绝对值和相对值远远低于第一阶段,整组电池放电容量固然比一阶段略有省略,但安闲性和宁静性大幅度普及,万分是看待注意“热失控”成绩极度明显,继而可能大幅度延迟电池的轮回运用寿命,从而得出了低落衰减电池充电电压会直接低落电池温升和泄电流的试验结论。

  同时低落均匀充电电压还可能最大范围地低落衰减电池的过充电概率,固然低落充电电压会省略锂电池的的充电容量和缩短续航时刻,但低落比例很小,换来的却是锂电池组的高运转安闲系数、低“热失控”危险和长轮回寿命,道理同样极度宏大。

  经由两个阶段的一连轮回试验,联络电池温升、放电容量和浮充电流的变动,得出如下结论:看待衰减电池,低落充电电压固然令电池的放电容量有所低重,然则却显明低落了电池的发烧温度、低落了衰减电池发作热失控的危险概率,普及了电池的安闲性和轮回践诺寿命,

  通过前面的一连平衡充放电试验发明,衰减吃紧的1#和2#锂电池温升对充电电压对比敏锐,当充电电压处于4.2V时,温升相对较高,极度显明,泄电流也较大,劣化水准远越过3#和4#锂电池;当将充电电压下调至4.1V时,1#和2#锂电池温升显明低重,与衰减较轻的3#和4#锂电池相当,泄电流也大幅度低重。

  当将第二阶段试验闭幕的电池组从头光复成第一阶段试验参数时,第一阶段浮充阶段的电池温升等阐扬固然又从头产生,但温升和浮充电流略有低重,正在处境温度根基相仿的情形下,1#和2#电池的温承平均低重2~3℃,浮充电流低重至0.14A足下。

  由此可能得出两个联系结论:一是充电电压与自放电率、泄电流、温升、热失控之间存正在必然的联系,如图2所示,图中,↑符号示意上升,↓符号示意低重;二是上述目标的劣化幅度与电池的衰减水准相合,衰减越吃紧,劣化幅度越大;三是高效电池平衡器的长时刻一连介入直接影响并改观了衰减锂电池的电化学性情,对衰减锂电池具有必然的修复影响。

  这项一连咨议试验是正在高效及时电池平衡器介入下告竣的,目标是查验相仿电压下区别衰减水准锂电池的泄电流和发烧温升情形,并实行对比,寻找内正在顺序。正在移除试验用电池平衡器的情形下实行同样的充放电轮回试验时,衰减吃紧的1#和2#锂电池的电压阐扬霎时就发作劣化,远远凌驾最大容许领域,现实温升比第一阶段末期还要高,“热失控”危险水准普及。

  为了对上述结论实行进一步验证,接下来,正在维持平衡器衔接的底子上,将电池组的充电电压普及至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普及0.1V,抵达4.3V,再实行同样的平衡充电试验,结果发明,待电压一律均衡并进入浮充电形态后,正在相仿的室温处境下浮充电流增大到0.21A足下,1#和2#电池的温升进一步普及,无论是绝对值依旧相对值都高于衰减水准较低的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。

  通过一连试验及衡量数据发明,电池衰减后,自放电率和内阻上升,导致电池的泄电流增大,而泄电流的增大又反过来普及电池的温升,加之内阻的增大又助推温度的擢升,温升普及后又会加大自放电率,从而酿成楷模的正反应,加快衰减电池的进一步劣化,正在无法及时统制和范围最高充电截止电压的情形下,衰减电池的充电温升会迅速上升,存正在较高的热失控危险。

  假如最高充电电压越过电解液的剖判电压,衰减电池的温升将正在短时刻内急速上升,热失控危险进一步加大,极有大概会激发热失控阻滞。这种情形与电动汽车正在出厂时电池组运转对比安闲,而正在运用一段时刻后,如几个月或几年个人车辆充电时发作起火爆炸的情景极度相像,题目的本色都是因为电池组的划一性题目没有取得有用处分惹起的。

  相反,低落电池组的充电电压,间接性地低落了衰减电池的充电电压,固然续航里程有所低落,但存正在衰减电池的电池组安闲性擢升,威尼斯人4886,www.4886.com,欢迎你这一点,与电动汽车厂商引荐用户正在充电时只充电80%足下就遏制充电的引荐做法是相吻合的,这是由于,电池组只充电80%,直接低落了衰减电池的充电电压,安闲性自然就会好一点。

  本文实例的第二阶段中,均匀充电电压下调0.1V,固然充电容量和放电容量会低重约10~20%,省略了续航时刻,但安闲性却大幅度普及,利大于弊。这种法子假如将其行使于电动汽车,必将普及电动汽车的电池安闲性,省略充电(席卷迅速充电后的一段时刻内)爆炸、起火的概率,到底安闲才是第一位的。

  高效电池平衡身手的介入固然并不行歼灭电池组的划一性题目,但会减平静阻拦划一性题目的长远成长,而且对衰减电池具有必然的修复影响,介入的越早,所起的影响和成绩就越好。

  本文通过对4串梯次操纵锂电池组正在区别充电电压下的平衡充放电轮回试验数据剖明,符合低落锂电池的充电电压,看待仍旧发作衰减的锂电池道理宏大,低落温升、低落泄电流成绩明显,跟着高效电池平衡器的介入和干涉,将衰减电池的电压永远统制正在安闲电压领域内,电池组内衰减电池单位的过充电和过放电概率大幅度低落,进一步普及电池组的运转安闲性。

  这种思思,加之设备高效电池平衡身手,假如是行使到电动汽车所运用的众并众串锂电池组,那么电动汽车的电池组安闲性就会取得大幅度擢升,充电时发作爆炸、着火的概率就会大幅度低重。鉴于目前高效电池平衡身手研起事度大、本钱高、难以普及的实际,同时基于BMS处分后台或许监测单位电池最大充电电压和统制整组电池充电电压的现实,采用范围最大充电电压的法子来普及电池组的运转安闲性不失为一种简便、有用的身手本领。

  [3]周宝林,周全:改变式及时电池平衡身手对衰减电池组容量和温升的影响返回搜狐,查看更众