不同种类的功率型18650电池循环的影响分析
来源：宝鄂实业
2019-07-30 12:27
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1. 恒流恒压充电（CCCV）
1.1充电电流的影响
下图为CCCV充电策略中采用不同充电电流时电池充电所需要的时间，从图中能够看到电池A和C大部分容量都是在恒流充电的过程中完成的，而恒压充电容量仅占非常小的一部分，而对于电池B恒压充电的时间占比较大。
对于电池充电时间影响最大的还是充电电流，例如我们将充电电流从1A增加到3A，则充电时间能够缩短50%，继续将充电电流提高到5A只有电池A和C的充电时时间缩短了1/3，而电池B由于恒压充电时间较长，所以将充电电流提高到5A后充电时间相比于3A并没有显著的缩短。
下图为采用CCCV充电策略时不同的充电电流对于电池循环寿命的影响，从图中能够看到对于电池A，大充电电流会造成电池寿命的显著下降，例如1A充电时电池的寿命可达1000次，3A充电时电池的寿命就会下降到800次，而充电电流达到5A时电池的寿命则仅为600次左右。但是对于电池B不同的充电电流对于电池的循环寿命并没有显著的影响。对于电池C在1A充电时电池循环1200次后容量保持率仍然可以达到97%，3A充电时电池循环1200次后容量保持率为95%，但是在5A充电时电池寿命会发生快速衰降，寿命不足700次。
1.2充电截止电压的影响
充电截止电压会影响正负极的电极电势，因此对于锂离子电池的循环寿命会产生显著的影响。下图为A、B和C三种电池容量随充电截止电压的变化，可以看到电池A和B的充电截止电压对于电池的容量有显著的影响，充电截止电压每降低100mV，电池的容量会衰降10-20%，而电池C由于采用了LFP正极，因此在3.4V以上电池的容量几乎与电池的充电截止电压无关。
下面为不同截止电压下电池的循环性能，整体上来看随着充电截止电压升高电池的循环性能是在不断降低的，对于电池A而言，充电截止电压的影响就比较小，如果将将充电截止电压从4.2V降低到4.1V，寿命仅增加100次左右，要显著增加A电池的寿命需要降低到4.0V，但是这会使得电池的容量降低30%，而提高电池的充电电压到4.25V则仅仅会使得电池的循环寿命轻微的降低。
电池B则对于充电电压敏感的多，将充电电压从4.1V降低到4.0V后，电池在循环800次后容量保持率提高5%，但是进一步降低充电截止电压到3.9V则对于电池的循环寿命没有显著的影响，但是如果将充电截止电压提高到4.15V则会显著的加速电池B的衰降速度。
电池C对于充电截止电压最为敏感，如果将充电截止电压从3.6V提高到3.65V则会导致电池的循环寿命出现显著的降低，但是降低充电截止电压对于电池的循环寿命没有显著的影响。
2.脉冲充电（CCPC/PC）
2.1恒流脉冲（CCPC）
恒流脉冲充电制度与恒流恒压充电制度接近，只是将恒压充电阶段替换为脉冲充电，在充电时间上CCPC相比于常见的恒流恒压充电实际上会更长一点，因此在充电时间上CCPC并没有优势。
下图为采用CCPC和PC充电策略的三种电池的循环数据，可以看到对于三种电池采用CCPC充电策略时，电池的循环寿命实际上与采用相同充电电流的CCCV充电策略是相同的。
2.2脉冲充电（PC）
与前面的CCPC充电策略不同，PC充电策略在整个充电过程中都采用了脉冲的方式进行，由于在脉冲充电的过程中极化比较大，因此脉冲充电会使得电池的充电容量有所降低，例如电池A在脉冲充电策略下，电池仅能够冲入80%的容量，电池C能够冲入95%的容量。在充电时间上PC充电策略与同样电流的CCCV充电制度几本相同，从上图的循环数据能够看到PC充电策略的电池的循环寿命与同样电流的CCCV充电策略几本相同。
3.加速充电（BC）
加速充电策略是在较低的SoC范围内使用较大的充电电流（5A）进行充电，达到截止电压后转而采用小电流（1A）CCCV充电方式进行充电，因此充电时间相对缩短，经过测试电池A采用BC充电策略充电时间为57min，电池C为48min，介于1A和3A电流的CCCV充电时间之间。
下图为电池A和C采用BC充电策略的循环性能，从图中能够看到对于电池A，如果从0%开始采用加速充电（5A）则会导致电池的衰降速度显著增加，与5A电流的CCCV充电策略接近。而如果从10%SoC和20%开始加速充电，则循环寿命会大大改善，与3A电流的CCCV充电策略接近。而对于电池C，如果开始加速充电的SoC为0%和10%则会导致电池的衰降速度明显加速，而如果在20%SoC开始加速充电，则对于电池的循环寿命的影响较小。这也表明在较低的SoC下进行加速充电会导致电池的循环寿命受到显著的影响。
Peter Keil的工作表明，对于电池循环寿命影响最大的为充电电流，对于电池A和C在5A大电流下进行充电时会导致锂离子电池的循环寿命严重缩短，但是电池B的循环寿命似乎受充电电流的影响不大。其次是电池的充电截止电压，高的充电截止会严重的缩短锂离子电池的使用寿命，特别是对于电池B和C将充电截止电压提高50mV就会严重的影响电池的循环寿命。
从充电策略来看，脉冲充电策略对于电池的循环寿命没有显著的影响（相比于CCCV），但是脉冲充电也没有减少充电时间，特别是CCPC充电策略还会导致电池的充电时间有所延长。
加速充电（BC）策略能够减少一定的充电时间，但是加速充电策略需要谨慎的选择加速充电的SoC范围，在过低的SoC的范围内尽量不要使用加速充电，以免影响电池的循环寿命。
动力电池安全性是新能源汽车大规模推广应用过程中，消费者最关注的焦点问题之一。电池管理系统除了强化被动监控能力以外，加强均衡和热管理等主动作用于动力电池的能力，是除了加强电芯、模组等自身设计安全性以外，从本质上提高系统安全性的根本所在。
