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凤凰网汽车佛山|不同温度下锂离子动力电池特性研究( 二 )


(2)在相同的采样频率下 ， 两款动力电池阻抗谱曲线的主要组成部分存在差异 。 锰酸锂电池在-10℃时 ， 曲线主要由两个半圆弧线构成 ， 其末尾的45°斜线很短 ， 而在40℃时 ， 高频与中频阶段的半圆合并为一个 ， 同时45°斜线加长 ， 表明电池在不同的温度应力下 ， 其电化学极化和浓差极化所占的比例明显不同 ， 阻抗成份存在较大的差异；磷酸铁锂电池具有同样的表现 ， 说明在影响电池充放电特性的主要因素中 ， 低温时电化学极化占主导 ， 高温时浓差极化占主导 。
(3)在不同温度下 ， 随着SOC的增加 ， 两款动力电池的阻抗变化率存在差异 。 不同温度下锰酸锂电池阻抗随SOC波动明显 ， 磷酸铁锂电池的欧姆阻值基本不随SOC变化 ， 但在低温条件下 ， 磷酸铁锂电池极化阻值始终处于较大值 ， 是造成磷酸铁锂电池低温性能差的主要原因 。
(4)两款动力电池的CPE-P变化存在差异 。 在不同的温度下 ， 当SOC＜20%时 ， 常相位角元件所包含的电阻成分比较多 ， 即电极和电解液间的双电层电容成分的弥散效应较为严重 ， 随着SOC的增加 ， 弥散效应得到缓解 。 锰酸锂电池在高低温环境下 ， 变化始终平稳 ， 而磷酸铁锂电池在高温条件下 ， 当SOC＞60%时 ， CPE-P值出现明显的波动 ， 因为磷酸铁锂电池的温度敏感性所致 。 即在高温条件下 ， 动力电池高频半圆弧的半径缩短 ， 圆弧包含的角度减小 ， 45°斜线表现明显 ， 很难判定出半圆与斜线之间的界限 ， 使得数据处理存在较大的随机性 。
温度对不同老化程度电池充放电截止电压的影响
不同的截止电压会使电池老化速率存在明显的差异[5] 。 以锰酸锂电池为例 ， 终止电压分别设定为4.20、4.25和4.30V ， 当容量衰减到80%时 ， 循环次数n分别为460、220和170 ， 即截止电压每上升50mV ， 寿命衰减30%～50%[6] 。
动力电池在实际使用中 ， 要经历多次不同温度应力的冲击 。 静置时 ， 温度变化也会导致端电压变化 。 为确定不同老化程度电池端电压对温度的敏感程度 ， 遴选最佳的截止电压 ， 选取四块同规格锰酸锂电池(两新1#、2# ， 两旧3#、4#)开展相关实验 ， 其中两只旧电池使用经历相同 。 四只电池依次经历室温-高温-室温-低温-室温的环境 ， 即45、25、0、-10、45和25℃ ， 每阶段静置时间t=5h ， 记录端电压数据 ， 采样间隔1s 。
通过新旧两款电池在SOC=0和SOC=100%状态下的测试 ， 端电压值见表1 。

凤凰网汽车佛山|不同温度下锂离子动力电池特性研究
本文插图

(1)当SOC一定的情况下 ， 新旧两款电池的电压变化一致 ， 电压波动差小于5mV ， 表明温度对端电压的作用不受SOH的影响 。
(2)当SOC=100%时 ， 端电压变化不大,即使从-10℃陡升到45℃ ， 新旧两款电池的端电压变化仅为5和6mV；当SOC=0%时 ， 温度从45℃依次经历25、0和-10℃时 ， 端电压分别变化了35、16和6mV：表明满电状态下端电压随温度变化不明显 ， 而空电状态时端电压是温度的函数 ， 即充电截止电压可设定为恒定值 ， 而放电截止电压与环境温度有关 。
(3)动力电池经历高/低温冲击后 ， 室温下不同荷电状态的端电压变化有差异 。 当SOC=0%时 ， 两次室温条件下的端电压变化22和11mV；当SOC=100%时 ， 端电压变化仅为2和1mV ， 表明放电截止电压受历史温度的影响 。
环境温度对电池老化轨迹的影响
容量增量(ICA:Incrementalcapacityanalysis)微分法是循环伏安法的一种转化 ， 可以通过该方法得到电池内部正负极材料发生相变的时间和位置 ， 反映动力电池当前的活性状态[7] 。
为了确保实验的有效性 ， 选取充放电容量相差小于5%的动力电池 ， 具体的实验方法如下：
(1)在20℃下静置5h；
(2)分别进行0.2C和0.5C的充电倍率测试 ， 静置0.5h后 ， 采用0.1C的放电倍率 ， 循环次数n=10；


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