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退役磷酸铁锂动力电池不一致性研究

周方方  
【摘要】:磷酸铁锂电池是目前我国主要发展的电动汽车动力电池。当动力电池容量下降到80%以下,单次充电难以满足电动车的续航里程要求,面临淘汰。随着电动汽车的快速发展,退役动力电池的回收压力将不断增大。将退役动力电池能够继续应用于对电池性能要求较低的场合,可以有效延长动力电池的使用寿命,降低动力电池的使用成本,对促进电动汽车的推广具有重要意义。但是,显著的不一致性限制了它的再次利用,电池不一致性的具体表现方式、电池分选问题以及不一致的退役电池参与串并联之后的特性变化等,都是退役电池再利用前必须要研究的问题。因此,本论文主要研究内容如下:在第一章中,简要介绍了电动汽车尤其是动力电池的发展现状,并介绍了磷酸铁锂电池的工作原理和结构组成,同时详细介绍了退役电池和不一致行的国内外研究现状。基于第二章中介绍的实验研究设备及方法,在第三章中,对收集的退役磷酸铁锂动力电池的初始状态进行标定,确定了退役电池的现有健康状态。通过对比退役电池和新电池容量、内阻、循环充放电等基础电化学特性,进一步说明了退役动力电池在不一致性上的劣化。同时有效的验证了退役动力电池再利用的可行性。在第四章中,通过简要介绍动力电池不一致性产生的原因,分析了电池不一致性的表现形式,主要表现为容量、内阻、电压等方面的不一致。通过研究不同环境温度和不同倍率下退役电池不一致性变化情况,得出随着温度降低或放电倍率升高,电池不一致性差异增大。在此基础上,综合考虑电池容量、内阻等内部因素,环境温度、放电倍率等外部因素,提出了退役电池不一致性多步分选方法。在第五章中,通过对比分析内阻、容量及荷电状态三个条件不一致时,串、并联电池组在不同倍率下的性能变化情况,研究得出电池内阻不一致对串、并联电池组性能影响最大,不一致性差异过大甚至导致出现安全隐患。从电池成组角度出发,再次证实了不一致性分选的重要性,并为实际应用时电池组连接方式的选择提供了理论依据。在第六章中,对比分析了直流阻抗法、短路电流与内阻水平法、内阻测试仪测试法及交流阻抗谱法。结果表明内阻测试仪测试内阻时间耗费最短,且可在线测量;直流阻抗法、短路电流与内阻水平法测试精度相对较高,短路电流与内阻水平测试SOC在90%-20%状态下可重复性比较好;交流阻抗谱法则能够全面反映电池内部参数变化情况。


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