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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( 三 )


(3)重复上述实验 ， 依次经历20、-20、-10、0、20、50和20℃ 。
通过实验测试 ， 分别选取高温 ， 室温和低温三个阶段的实验数据分析 ， 即温度T分别为50、20和-20℃ 。 加载电流为0.1C ， 如图6所示 。
从图6中可知 ， 在不同温度下 ， 即使充电倍率相同 ， ICA曲线仍然存在差异：
(1)相同加载倍率下 ， 温度越高 ， 电池内部相变过程越充分 。 即50℃时 ， 分别在电压V=3.54、3.62、3.68和3.72V出现波峰；随着温度的降低 ， 在-20℃时 ， 峰2和峰3基本消失 ， 因为电极材料表面反应过快 ， 已达到下一阶段的相变过程 ， 而内部材料上一相变过程还没结束 ， 致使内部反应一直处于追赶状态 ， 使得两个峰值合并 。
(2)相同加载倍率下 ， 温度越低 ， 电池ICA曲线整体偏移量越大 。 从50℃到20℃ ， 再到-20℃ ， 平均极化电压增加0.067V和0.319V 。 在-20℃时 ， 由于极化电压过大 ， 达到截止电压时 ， 内部活性物质还不能得到充分反应 。
(3)不同的环境应力对电池的老化趋势的影响存在差异 。 电池分别经历了三次室温过程 ， 按照ICA分析方法 ， 得到容量增量微分曲线变化趋势 。 第一次室温和第二次室温测试的ICA曲线基本重合 ， 表明低温条件下 ， 虽然电池的可用容量仅为12.8Ah ， 是标称容量的58.2% ， 但经历室温保温过程后 ， 电解液的阻抗特性和离子活性基本得到恢复 ， 与原来性能相差不大 ， 容量衰减不明显；经历高温后 ， 第二峰值向右偏移 ， 表明在相同倍率的作用下 ， 电池极化程度加大；同时第二峰值减小 ， 造成电池当前可用容量衰减 ， 即电池在高温条件下 ， 可用容量比标称值有一定的提升 ， 离子活性增强 ， 但造成活性物质极不稳定 ， 容量发生不可逆的损失 。

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

结论
本文通过一系列的锂离子动力电池性能实验 ， 着重分析锂离子动力电池在不同温度下的工作特性 ， 以及产生这些现象的主要原因 。 得到在不同温度下 ， 电化学极化、浓差极化、充放电截止电压以及老化轨迹的变化规律 。
(1)随着温度降低 ， 电池欧姆阻抗和极化阻抗都出现不同程度的增加 ， 且温度越低 ， 变化率越大 ， 造成电池阻抗成分的变化：低温条件下 ， 极化阻抗主要由电化学极化形成 ， 而且阻抗值远大于欧姆阻抗 ， 表明在低温阶段 ， 动力电池的充放电接受能力主要受极化阻抗Rp值的制约；高温条件下 ， 其阻抗特性与低温表现相反 ， 电极材料活性强 ， 极化阻抗主要受到离子扩散速率影响 。
(2)在不同的温度下锰酸锂电池阻抗随SOC波动明显大于磷酸铁锂电池 ， 其中磷酸铁锂电池的欧姆阻值基本不随SOC变化 。 低温条件下 ， 磷酸铁锂电池极化阻抗变化率小于锰酸锂电池 ， 但阻值始终较大 ， 是造成磷酸铁锂电池在低温条件下工作特性差的主要原因 。
(3)端电压对温度的敏感程度主要受到SOC值的影响 ， 与SOH关联不大 。 当SOC=100%时 ， 端电压变化仅在6mV之内；当SOC=0%时 ， 端电压变化高达50mV 。 则在实际工作中 ， 充电的截止电压可以设定为定值 ， 而放电截止电压是温度和环境温度的函数 。
(4)不同温度下 ， 相同负载会引起电池内部相变过程的差异 。 即相同的工作倍率 ， 电池在50℃时的ICA曲线存在明显的4个相变阶段 ， 而在20℃时 ， 峰值2、3都不太明显 。
(5)不同温度对电池的老化轨迹产生不同程度的影响 。 即在小倍率工作条件下 ， 低温环境造成电池可用容量减小 ， 但经历室温保温处理后 ， 电极的活性恢复到原来的程度 ， 性能变化不大；在高温条件下 ， 正负极材料的活性加强 ， 导致材料性能不稳定 ， 使得活性物质的量减小 ， 可用容量发生不可逆的损失 。
多重考虑
外部的温度对电池包内部的影响也是不能忽视的！为了减少换热器重量及成本,换热器对材料减薄有持续的需求 ， 然而这对于换热器的可靠性甚至换热性能都会带来新的挑战 ， 未来也将通过材料优化解决 。


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