磷酸铁锂动力电池组循环后的一致性研究

王 蓓，李 杨，张 娜

(天津力神电池股份有限公司，天津300384)

磷酸铁锂动力电池组循环后的一致性研究

王 蓓，李 杨，张 娜

(天津力神电池股份有限公司，天津300384)

将20支锂离子动力电池组成两个十串的模块，分别进行1C的常规循环和工况循环，对循环后的单体电池进行一致性分析，并根据分析的结果对电池的分选配组以及电池管理系统提出相应的建议，希望以此来延长电池组的使用寿命。

锂离子动力电池组；常规循环；工况循环；一致性

随着雾霾天数的逐渐增加，新能源行业越来越受到人们的关注，而锂离子动力电池组作为其中的一个重要组成部分，其研究的程度也在逐渐升温。在现有的技术水平和使用条件下，新能源汽车必须使用成百上千的单体电池所组成的电池组来满足其正常行驶的需求[1]。在汽车正常行驶的过程中，会经历各种路况、天气、温湿度的考验，这对电池的一致性将是一个很大的考验。本文通过对自组装的小模块进行常规循环和工况循环后的一致性分析后提出相应的建议，希望能提高电池组的使用寿命，进而提升电动汽车的行驶里程。

1 实验设计

本文所用的电池均为本公司所制造的7 Ah的高功率型锂离子动力电池，正极材料为磷酸铁锂，负极为碳材料，充放电电压范围为3.65～2.0 V，恒流恒压充电模式。用动态分选的方法[2]选出20支一致性较好的电池，分别组成两个十串的小模块进行充放电实验，充放电电压为20～36.5 V，并设置单体电池的电压高于3.8 V或低于2.0 V时报警。测试流程分别为1C常规循环测试和工况循环测试[3]，工况测试流程如图1、图2所示。

图1 HEV轿车用电池组放电工况

图2 HEV轿车用电池组充电工况

测试时电池组状态范围为30%～80%[4]，如图3所示，在电池组状态为30%SOC时进行充电工况，进行42次充电工况后，电池组的状态为80%，休眠2 h后进行放电工况，进行42个放电工况后，电池组的状态回到30%；以上述测试流程为1个大循环，按照时间计算，每天可进行18个大循环，每周进行一次全容量测试，并与常规循环的电池组进行比较。在进行了一段时间测试后，将两个电池组分别拆卸进行单体电池的全容量测试，将单体电池的荷电状态调整一致后重新进行测试，并与之前测试的结果进行比较。

图3 工况循环测试流程典型SOC波动图

2 实验数据与分析

在本次实验中，1C常规循环完成4 000次，电池的首次、第1 500次及第4 000次的充放电曲线如图4所示；工况循环共进行3 000次大循环，电池的首次、第1 500次及第3 000次的充放电曲线如图5所示。

图4 常规循环充放电曲线

图5 工况循环充放电曲线

如图4及图5所示，在循环一段时间后，两个模块的充放电曲线均表现出放电容量低，充电时恒压容量增加的情况，在前1 500次循环，容量衰减得比较慢，在1 500次以后，容量衰减的速度逐渐增加。将两个模块的单体电池拆卸下来后静置一段时间，测量其稳定状态下的电压，1C循环4 000次后、工况循环3 000次后的单体电池的电压值如图6所示(荷电状态均为50%)。

从图6中可以看出，在循环的初始阶段，两个模块的单体电压一致性比较好，随着循环的进行，一致性逐渐变差，工况循环的单体电池电压差异表现得更为明显。原因是多方面的，首先，在生产制造过程中，各个电池正负极的活性物质、电解液的含量等等都会有差异，在前期并不是十分的明显，在后期逐渐显现出来；其次，在电池装车的过程中，由于各个电池的位置不一样，因而温度、通风条件、散热情况都不一样，在电池寿命的后期差距将逐渐拉大。

将拆卸后的电池放置一段时间后进行单独的充放电，重新进行容量标定后进行组装，组装完成后继续进行常规循环以及工况循环的测试，各进行了1 000次循环，均衡后的第一次充放电曲线和第1 000次循环后的充放电曲线如图7所示，循环1 000次后仍将单体电池拆卸下来，静置一段时间后测量其电压(荷电状态均为50%)，数据如图8所示。

图6 3 000次循环后单体电压

图7 均衡后常规循环和工况循环的充放电曲线

图8 均衡后常规循环和工况循环单体电压

从均衡后的效果看，两个模块无论是从放电容量，还是从单体电压的一致性上均有不同程度的提升，说明均衡可以在一定程度上提高电池模块的使用寿命。

3 结果与讨论

通过将磷酸铁锂动力电池组装成模块进行常规循环和工况循环的测试可知，即使单体电池的初始一致性较好，但随着循环的进行和深入，不一致性将逐渐表现出来，同时工况循环中的单体电池不一致性表现得更为突出。将循环一段时间后的模块拆卸后，将其中的单体电池重新进行均衡和容量标定，将在一定程度上延长模块的使用寿命。在电动汽车的实际使用过程中，充放电的状况远比实验复杂的多，同时由于新能源汽车及其系统的研究尚在起步阶段，后续将进行更多的实际情况分析与理论研究。

[1]MAO Guo-long.Development and application prospects of lithiumion battery[J].China Electronic Market,2009(8):14-16.

[2]李杨，王永武，张火成，等.磷酸铁锂动力电池动态SOC状态下的分选[J].吉林大学学报(工学版)，2011,41(2)：332-334.

[3]赵淑红，吴锋，王子东.磷酸铁锂动力电池工况循环性能的研究[J].电子元件及材料，2009(11)：44-47.

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Study on consistency of lithium-ion phosphate power battery pack after circulation

There were two modules assembled by twenty cells for for 1Cconventional cycle and operating mode cycle respectively.The consistency of each cell was analyzed,in order to extend the life of battery pack.The battery classification and the battery manage system needed to be improved according to the conclusion.

lithium-ion power battery pack;conventional circulation;operating mode cycle;consistency

TM 912

A

1002-087 X(2016)03-0519-02

2015-08-22

国家“863”高技术研究发展计划(SS2012AA110301)

王蓓(1978—)，女，天津市人，硕士，主要研究方向为动力电池测试评估。

李杨，Email：heizi612@163.com