怎样能提高电池的安全性和循环寿命？
来源：宝鄂实业
2019-07-19 20:50
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为使实验更具普遍性，实验所用电池全部为梯次利用电池，并且具有典型的一致性差异特征，实验电池组为4串锂电池组，如图所示（下方设备为高效实时电池均衡器样机），均为过充电（过放电）原因引起的退役电池，已循环使用次数未知，原设计容量为2.2Ah，实际剩余容量为1#：1.22Ah、2#：0.95Ah、3#：1.73Ah、4#：1.94Ah（放电截止电压3.00V），实际剩余容量分别为原设计容量的55.5%、43.2%、78.6%和88.2%。
通过容量检测参数可以看到，1#和2#电池的容量衰减非常严重，这些电池都有一个共同特点，就是自放电率远远高于正常容量电池（自放电率差异会加速一致性劣化），在充满电的情况下，即使不连接任何负载，开路电压也会以较快的速度降低，为防止电池在充放电期间再次发生过充和过放问题，循环实验全程连接高效电池均衡器样机，即实行均衡充电和均衡放电。
均衡充电采用CC/CV模式，充电电流为1A、限压充电，由于均衡器的介入，任一电池的最高充电电压可以控制在4.25V以内，不会发生过充电；恒流均衡放电：放电电流1A，总放电截止电压12.0V，同样由于均衡器的介入，任一电池的最低放电电压可以控制在2.9V以上，不会发生过放电。作为研究和对照，实验分为两个阶段进行。
第一阶段：全程采用专用充电器进行CC/CV模式充电，限流1A、限压16.8V充电，在初期的100次循环中，特别是充电环节的后期（浮充电期间），在均衡器的介入下，4块电池的外壳温度（采用红外测温仪测量，下同）比较接近，没有明显的区别，与环境温度差距不大，浮充电流也在合理范围，放电容量基本平稳，整体容量呈现缓慢线性下降的状态，符合电池的容量衰减规律。
在101—300次循环期间，在浮充电压不变的情况下，整组电池的浮充电流以及1#和2#电池的温升呈现缓慢、逐渐增大的趋势，最大浮充电流高达0.18A，经检测，浮充电流增大主要是由于1#和2#电池漏电流增大引起均衡器自动干预的结果，在实验电池全天候处于开放的环境下，充电期间的最大温升均明显超过3#和4#电池，最大温差达到9℃左右，温度最高的是2#电池，测量数据如表1所示，同时，整组电池的实际放电容量平稳下降，符合电池的容量衰减规律。
第二阶段：根据第一阶段衰减严重的1#和2#电池充电温升和浮充电流不断上升的实际情况，在301—500次循环期间，对整组最大充电电电压进行了下调，按照每块电池下调0.1V的幅度，整体充电电压下调至16.4V，随着充电电压的下降，在第二阶段发热严重的1#和2#电池的温升开始大幅度下降，与3#和4#电池的温升基本相同，略高于环境温度。
在长达连续200次的均衡充放电循环中，充电期间以及浮充期间的的温升差异始终很小，没有明显变化，特别是浮充电期间，温升的绝对值和相对值远远低于第一阶段，整组电池放电容量虽然比一阶段略有减少，但安全性和稳定性大幅度提高，特别是对于预防“热失控”效果非常显著，继而可以大幅度延长电池的循环使用寿命，从而得出了降低衰减电池充电电压会直接降低电池温升和漏电流的实验结论。
同时降低平均充电电压还可以最大限度地降低衰减电池的过充电概率，虽然降低充电电压会减少锂电池的的充电容量和缩短续航时间，但降低比例很小，换来的却是锂电池组的高运行安全系数、低“热失控”风险和长循环寿命，意义同样非常重大。
经过两个阶段的连续循环实验，结合电池温升、放电容量和浮充电流的变化，得出如下结论：对于衰减电池，降低充电电压虽然令电池的放电容量有所下降，但是却明显降低了电池的发热温度、降低了衰减电池发生热失控的风险概率，提高了电池的安全性和循环实施寿命，
