鉅大LARGE | 點擊量:876次 | 2020年07月15日
英國開發提高電池組壽命和性能——低成本DTV法
壽命是影響鋰離子電池使用成本的關鍵因素,因此各大廠家都紛紛采用各種手段提高自家鋰離子電池的使用壽命。鋰離子電池的使用壽命多個因素息息相關,其中電池組管理策略對鋰離子電池組的使用壽命有著顯著的影響,為了更好的管理整個電池組,控制電路(BMS)要對電池組中的單體電池的健康狀態(SOH)進行實時的監控,以便能夠及時對電池組的供電和充電進行調整,從而提升電池組的壽命和性能表現。傳統的SOH監控方法重要是采集電池的容量衰降和功率衰降數據,這種方法較為簡單、粗略,無法分辨不同的衰降機理造成的衰降,因此無法準確判斷電池的SOH狀態,因此這種監控策略是相當低效的一種方法。
英國帝國理工大學的YuMerla開發了一種基于溫度和電壓的SOH監控方法--溫度電壓微分法(DTV),該方法基于Maher和Yazami兩人在利用熵和焓分析鋰離子電池電極狀態的杰出工作,該方法僅要測量電池在在持續放電過程中溫度和電壓的變化,就可根據這些數據推斷鋰離子電的SOH狀態。
YuMerla采用4只5Ah的方形鋰離子聚合物電池(正極NCM,負極石墨)并聯成為電池組(其中一只電池預先經過了老化處理,用于測試該方法是否有效,電池組采用主動風冷散熱),并在每只電池中間位置安放了K型熱電偶,用于測量電池表面溫度。
實驗中發現,在開始放電的時候,三只全新的電池電流較大,但是在放電后期老化電池的電流反而要高于三只新電池。一般來說大電流放電會加速電池的衰降,在移除負載后,由于不同衰降程度的電池之間存在電壓差,因此并聯電池之間還會發生充放電以達到相同電壓,這會進一步造成電池的衰降,因此對與電池組來說,要及早鑒別出衰降過大的電池并及時進行更換。
對采集的電池電壓和溫度等數據利用MATLAB軟件進行微分處理,dT/dV曲線的峰的位置和寬度等信息可以用來表征電池的SOH狀態,從分析結果上可以看出放電過程中,老化電池的dT/dV峰的電壓更低,峰寬更寬。在實際應用中假如發現某個電池的dT/dV峰的電壓明顯低于其他電池,峰寬明顯大于其他電池,這說明在該電池出現了老化,并聯電池組內電流分布出現了不均勻的現象,該老化電池要進行及時更換。
在充電過程中由于產熱較少,散熱較快,既dT/dt0,因此出現了負峰。所以在曲線上出現了兩個dT/dV=0的點,由于電壓與活性物質的相型之間密切關系,因此可以根據該點的位置跟蹤活性物質的相變點。從統計數據上可以看到,充電過程,老化電池的兩個dT/dV=0點的電壓和出現負峰值的電壓都明顯高于另外三只正常電池的電壓,因此該數據也可以用于檢測電池的SOH值。
相比于低頻交流阻抗法,ICA法,DHTV法等檢測方法,DTV方法僅要數量有限的熱電偶采集電池溫度數據,通過與BMS實時采集的電壓數據進行微分處理,就可以獲得單體電池的SOH狀態,因此DTV檢測方法的使用成本要遠低于其他方法。
由于成本低廉,方法簡單,DTV方法十分適合用于電池組中單體電池的SOH狀態檢測,及時發現老化電池,提醒用戶進行更換,有效提高電池組的壽命和安全性。該項技術可以應用在電動汽車電池組、智能手機和筆記本電池的SOH狀態監控,用來提高電池的壽命和性能。
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