基于插电式电动汽车负荷变化的锂电池老化阻抗谱表征



基于插电式电动汽车负荷变化的锂电池老化阻抗谱表征

纯电动汽车和混合动力汽车的市场份额在未来将显著增加。锂电池是电动汽车中应用最普遍的储能技术。电池组的使用是电动汽车成本增加的主要原因，且电池组是动力总成部件中质量、体积最大的部件。电池组在使用过程中需要进行频繁的充放电，因而其容易老化，其是与安全性相关的关键部件。通过对电池组进行适当的设计和控制，可以保持电池在最佳工作点工作而减缓其使用过程中的老化程度，然而电池老化现象的产生不仅与电池组自身的多个参数有关，还与汽车的使用环境有关。对此，采用电化学阻抗谱和等效电路锂电池模型，在真实行驶条件下对选定锂电池老化现象进行分析。

不同类型锂电池面对同样的干扰会出现不同的老化结果，因此对电池老化程度的研究需要确定目标电池的类型。研究采用LG化学公司生产的以尖晶石/镍钴锰三元材料为阴极、以碳/石墨烯为阳极、容量为41Ah的车用锂电池。首先，介绍了加速寿命循环试验。为了减少老化测试的试验时间，将锂电池置于如高电流、高功率、高温等高强度环境下进行试验，以加速电池的老化特性，直至电池容量降到初始容量的80%。试验进行2次，试验温度分别设置为22℃和45℃。之后，给出了一个描述电荷消耗特性的负荷曲线，该曲线反映了纯电动汽车或混合动力汽车在城市驾驶工况下的负荷情况。试验时分别控制环境温度为0、22℃和45℃，根据得到的城市循环工况下的占空比对电池进行电化学阻抗谱分析，评估电池老化程度。文中进行电化学阻抗谱分析，主要分析电池动力学参数和传输质量参数的变化。试验分析结果表明，锂电池发生老化时，电池容量显著降低；在老化的第一阶段，由于双电层电容增加的影响，因此电池内阻降低低温时电池的峰值功率增加。

Ylva Olofsson et al. 2014 IEEE International Electric Vehicle Conference, Florence Dec. 17-19,2014.

编译：王祥