梯次利用電池并聯特性研究

謝長淮

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梯次利用電池并聯特性研究

謝長淮

(浙江萬馬奔騰新能源有限公司，浙江 杭州 310012)

近年來退役的動力電池給社會帶來壓力，退役電池梯次利用是最理想的應用。為了研究退役后動力電池組串并聯特性，使用容量、內阻對比法研究電池成組特性，結果發現電池并聯內阻與電池組容量和內阻存在線性關系，同內阻電池組容量與原容量成正相關，同容量電池組容量與原內阻成負相關，這個規律優化了退役電池梯次利用串并聯方案，有利于更好梯次利用電池。

動力電池；梯次利用電池；容量與內阻

0 引言

新能源發電量逐年增加，2017年達到2.24 GWh[1-2]，風、光自然資源發電具有波動性、間歇性，其大規模并網運行給電網帶來安全隱患[3-6]。逐年退役的動力電池給社會帶來壓力。退役的動力電池梯次利用是最理想的應用，為了更好地梯次利用動力電池，首先要對退役動力電池進行特性研究。本文對退役的動力電池進行容量、內阻特性研究，提出梯次利用電池重組方式指導性建議。

1 容量與內阻測試

1.1 容量分布

以某型號車退役的圓柱型磷酸鐵鋰單體為研究對象，電池組拆解成單體，挑出共62只電池。其充電截止電壓3.6 V，放電截止電壓2.5 V，試驗采用杭可設備測試電池容量，HOKI 3560內阻儀測試電池內阻性能。

對于車用退役鋰電池，他們容量相比新電池明顯衰退一半，內阻增加，因此車用退役電池在使用前需要對這些電池容量內阻特性進行測試。

對62只單體電池進行測試，試驗方法采用《GB/ T31484-2015電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》，室溫下，單體電池以11(A)放電至2.5 V，擱置1 h，然后以11(A)電流恒流充電至3.6 V，轉恒壓充電，至電流降至0.051(A)電流時停止充電，充電擱置1 h，室溫下以11電流放電至2.5 V。取最后3次試驗結果均值。

如圖1所示，容量從最初的2.5 Ah衰退到1.3 Ah。造成容量衰退的因素眾多：沉淀的金屬鋰與電解液溶劑反應形成Li2CO3，LiF或其他產物[7]，電解液分解[8-10]，自放電[11]，過充電[12]，SEI界面膜的形成[13-14]，集流體腐蝕[15-16]等。

圖1 單體電池容量

1.2 內阻分布

鋰離子電池的內阻在使用過程中主要受荷電狀態和溫度的影響，本文使用HOKI 3560內阻儀測試電池內阻性能。

從圖2中可以看出，內阻比新電池增加了一倍，且內阻明顯分散不集中。這與電池分布在車的位置和風扇的位置有關系，電池包外圍的散熱性好于電池包內部，電池在長期充放電過程中積累下來的劣化程度不同。

圖2 單體內阻

2 并聯電路容量與內阻關系研究

從退役電池組中挑選出內阻取值在20.0~ 20.5 mΩ，容量為1 350~1 500 mAh之間為同內阻不同容量組，電池并聯；容量取值在1 320~1 325 mAh，內阻19~24 mΩ為同容量不同內阻組，電池并聯，兩組電池分別在同個充放電流程下充放電，模擬電池組在容量、內阻不平衡狀態下的放電特性。

2.1 試驗步驟

單體電池按照《GB/T31484-2015電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》測試容量。單支電池固定在并聯模塊中，對外只有一個正負極，并聯電池組恒流充電到3.4 V斷電，使每只電池充電時間相同，從電池組模塊中取下每只單體，計算每只單體電池放電容量。

2.2 同內阻不同初始容量

從圖3中可以看出，放電容量擬合趨勢線表明，并聯放電容量與原始容量有正向趨勢，并聯電路中同內阻不同容量的電池放出容量不同，并聯電路中原容量高的電池放出更多容量。并聯電路原容量高的電池在充電時，劣化程度和內部激化比原容量低的電池小，所以在相同時間內分得更多電流，從而獲得更多容量。

圖3 同內阻不同初容量電池放電容量

2.3 同初始容量不同內阻

從圖4中可以看出，放電容量擬合趨勢線表明，放電容量與內阻大小有反向趨勢，并聯電路中不同內阻電池獲得容量不同，原內阻小的放電容量多，原內阻高的放電容量少。根據并聯等效電路，內阻大的分得電流小，內阻小的分得電流大，所以不同內阻電池在相同時間內獲得容量不同。

圖4 同初容量不同內阻電池放電容量

3 結論

針對梯次利用動力電池性能衰退不一致性，對其進行了一系列充放電試驗，分析了并聯電池內阻與容量關系，為動力電池梯次利用提出了指導性建議。分析結論表明：動力電池經過使用后容量衰退，容量分布分散；內阻增加，內阻分布分散。單體電池的放電容量與內阻和現有容量有一定線性關系，同內阻電池組容量與原容量成正相關，同容量電池組容量與原內阻成負相關。所以梯次利用電池組時需要考慮容量、內阻分布盡量窄，減少單體間差異，有利于電池組性能發揮。

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Study on parallel characteristics of ladder utilization battery

XIE Changhuai

(Zhejiang Wanma Benteng New Energy Industry Co., Ltd., Hangzhou 310012, China)

In recent years, decommissioned power batteries have brought pressure to the society, and the cascade utilization of decommissioned batteries is the most ideal application. In order to study the series-parallel characteristics of power battery pack after decommissioning, the method of capacity and internal resistance comparison is used to study the characteristics of battery packs. The results show that there is a linear relationship between the parallel internal resistance and the capacity and internal resistance of battery pack. It is positively correlated with the capacity of internal resistance battery pack and negatively correlated with the capacity of capacity battery pack and the original internal resistance. The cascade and parallel connection scheme of decommissioned batteries is optimized regularly, which is conducive to better cascade utilization of batteries.

This work is supported by small and medium-sized technology-based enterprise and Science Development Specialized Fund (No. 2017C01093).

power battery; ladder utilization battery; capacity and internal resistance

2018-06-23；

2018-11-16

謝長淮(1978—)，男，通信作者，碩士研究生，高級工程師，研究方向為新能源電池。E-mail:kaoynxie@163.com

浙江省級科技型中小企業扶持和科技發展專項資金(2017C01093)