基于插電式電動汽車負(fù)荷變化的鋰電池老化阻抗譜表征

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基于插電式電動汽車負(fù)荷變化的鋰電池老化阻抗譜表征

純電動汽車和混合動力汽車的市場份額在未來將顯著增加。鋰電池是電動汽車中應(yīng)用最普遍的儲能技術(shù)。電池組的使用是電動汽車成本增加的主要原因，且電池組是動力總成部件中質(zhì)量、體積最大的部件。電池組在使用過程中需要進(jìn)行頻繁的充放電，因而其容易老化，其是與安全性相關(guān)的關(guān)鍵部件。通過對電池組進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和控制，可以保持電池在最佳工作點(diǎn)工作而減緩其使用過程中的老化程度，然而電池老化現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅與電池組自身的多個(gè)參數(shù)有關(guān)，還與汽車的使用環(huán)境有關(guān)。對此，采用電化學(xué)阻抗譜和等效電路鋰電池模型，在真實(shí)行駛條件下對選定鋰電池老化現(xiàn)象進(jìn)行分析。

不同類型鋰電池面對同樣的干擾會出現(xiàn)不同的老化結(jié)果，因此對電池老化程度的研究需要確定目標(biāo)電池的類型。研究采用LG化學(xué)公司生產(chǎn)的以尖晶石/鎳鈷錳三元材料為陰極、以碳/石墨烯為陽極、容量為41Ah的車用鋰電池。首先，介紹了加速壽命循環(huán)試驗(yàn)。為了減少老化測試的試驗(yàn)時(shí)間，將鋰電池置于如高電流、高功率、高溫等高強(qiáng)度環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，以加速電池的老化特性，直至電池容量降到初始容量的80%。試驗(yàn)進(jìn)行2次，試驗(yàn)溫度分別設(shè)置為22℃和45℃。之后，給出了一個(gè)描述電荷消耗特性的負(fù)荷曲線，該曲線反映了純電動汽車或混合動力汽車在城市駕駛工況下的負(fù)荷情況。試驗(yàn)時(shí)分別控制環(huán)境溫度為0、22℃和45℃，根據(jù)得到的城市循環(huán)工況下的占空比對電池進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜分析，評估電池老化程度。文中進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜分析，主要分析電池動力學(xué)參數(shù)和傳輸質(zhì)量參數(shù)的變化。試驗(yàn)分析結(jié)果表明，鋰電池發(fā)生老化時(shí)，電池容量顯著降低；在老化的第一階段，由于雙電層電容增加的影響，因此電池內(nèi)阻降低低溫時(shí)電池的峰值功率增加。

Ylva Olofsson et al. 2014 IEEE International Electric Vehicle Conference, Florence Dec. 17-19,2014.

編譯：王祥