梯次利用电池并联特性研究

谢长淮



梯次利用电池并联特性研究

谢长淮

(浙江万马奔腾新能源有限公司，浙江 杭州 310012)

近年来退役的动力电池给社会带来压力，退役电池梯次利用是最理想的应用。为了研究退役后动力电池组串并联特性，使用容量、内阻对比法研究电池成组特性，结果发现电池并联内阻与电池组容量和内阻存在线性关系，同内阻电池组容量与原容量成正相关，同容量电池组容量与原内阻成负相关，这个规律优化了退役电池梯次利用串并联方案，有利于更好梯次利用电池。

动力电池；梯次利用电池；容量与内阻

0 引言

新能源发电量逐年增加，2017年达到2.24 GWh[1-2]，风、光自然资源发电具有波动性、间歇性，其大规模并网运行给电网带来安全隐患[3-6]。逐年退役的动力电池给社会带来压力。退役的动力电池梯次利用是最理想的应用，为了更好地梯次利用动力电池，首先要对退役动力电池进行特性研究。本文对退役的动力电池进行容量、内阻特性研究，提出梯次利用电池重组方式指导性建议。

1 容量与内阻测试

1.1 容量分布

以某型号车退役的圆柱型磷酸铁锂单体为研究对象，电池组拆解成单体，挑出共62只电池。其充电截止电压3.6 V，放电截止电压2.5 V，试验采用杭可设备测试电池容量，HOKI 3560内阻仪测试电池内阻性能。

对于车用退役锂电池，他们容量相比新电池明显衰退一半，内阻增加，因此车用退役电池在使用前需要对这些电池容量内阻特性进行测试。

对62只单体电池进行测试，试验方法采用《GB/ T31484-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》，室温下，单体电池以11(A)放电至2.5 V，搁置1 h，然后以11(A)电流恒流充电至3.6 V，转恒压充电，至电流降至0.051(A)电流时停止充电，充电搁置1 h，室温下以11电流放电至2.5 V。取最后3次试验结果均值。

如图1所示，容量从最初的2.5 Ah衰退到1.3 Ah。造成容量衰退的因素众多：沉淀的金属锂与电解液溶剂反应形成Li2CO3，LiF或其他产物[7]，电解液分解[8-10]，自放电[11]，过充电[12]，SEI界面膜的形成[13-14]，集流体腐蚀[15-16]等。

图1 单体电池容量

1.2 内阻分布

锂离子电池的内阻在使用过程中主要受荷电状态和温度的影响，本文使用HOKI 3560内阻仪测试电池内阻性能。

从图2中可以看出，内阻比新电池增加了一倍，且内阻明显分散不集中。这与电池分布在车的位置和风扇的位置有关系，电池包外围的散热性好于电池包内部，电池在长期充放电过程中积累下来的劣化程度不同。

图2 单体内阻

2 并联电路容量与内阻关系研究

从退役电池组中挑选出内阻取值在20.0~ 20.5 mΩ，容量为1 350~1 500 mAh之间为同内阻不同容量组，电池并联；容量取值在1 320~1 325 mAh，内阻19~24 mΩ为同容量不同内阻组，电池并联，两组电池分别在同个充放电流程下充放电，模拟电池组在容量、内阻不平衡状态下的放电特性。

2.1 试验步骤

单体电池按照《GB/T31484-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》测试容量。单支电池固定在并联模块中，对外只有一个正负极，并联电池组恒流充电到3.4 V断电，使每只电池充电时间相同，从电池组模块中取下每只单体，计算每只单体电池放电容量。

2.2 同内阻不同初始容量

从图3中可以看出，放电容量拟合趋势线表明，并联放电容量与原始容量有正向趋势，并联电路中同内阻不同容量的电池放出容量不同，并联电路中原容量高的电池放出更多容量。并联电路原容量高的电池在充电时，劣化程度和内部激化比原容量低的电池小，所以在相同时间内分得更多电流，从而获得更多容量。

图3 同内阻不同初容量电池放电容量

2.3 同初始容量不同内阻

从图4中可以看出，放电容量拟合趋势线表明，放电容量与内阻大小有反向趋势，并联电路中不同内阻电池获得容量不同，原内阻小的放电容量多，原内阻高的放电容量少。根据并联等效电路，内阻大的分得电流小，内阻小的分得电流大，所以不同内阻电池在相同时间内获得容量不同。

图4 同初容量不同内阻电池放电容量

3 结论

针对梯次利用动力电池性能衰退不一致性，对其进行了一系列充放电试验，分析了并联电池内阻与容量关系，为动力电池梯次利用提出了指导性建议。分析结论表明：动力电池经过使用后容量衰退，容量分布分散；内阻增加，内阻分布分散。单体电池的放电容量与内阻和现有容量有一定线性关系，同内阻电池组容量与原容量成正相关，同容量电池组容量与原内阻成负相关。所以梯次利用电池组时需要考虑容量、内阻分布尽量窄，减少单体间差异，有利于电池组性能发挥。

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Study on parallel characteristics of ladder utilization battery

XIE Changhuai

(Zhejiang Wanma Benteng New Energy Industry Co., Ltd., Hangzhou 310012, China)

In recent years, decommissioned power batteries have brought pressure to the society, and the cascade utilization of decommissioned batteries is the most ideal application. In order to study the series-parallel characteristics of power battery pack after decommissioning, the method of capacity and internal resistance comparison is used to study the characteristics of battery packs. The results show that there is a linear relationship between the parallel internal resistance and the capacity and internal resistance of battery pack. It is positively correlated with the capacity of internal resistance battery pack and negatively correlated with the capacity of capacity battery pack and the original internal resistance. The cascade and parallel connection scheme of decommissioned batteries is optimized regularly, which is conducive to better cascade utilization of batteries.

This work is supported by small and medium-sized technology-based enterprise and Science Development Specialized Fund (No. 2017C01093).

power battery; ladder utilization battery; capacity and internal resistance

2018-06-23；

2018-11-16

谢长淮(1978—)，男，通信作者，硕士研究生，高级工程师，研究方向为新能源电池。E-mail:kaoynxie@163.com

浙江省级科技型中小企业扶持和科技发展专项资金(2017C01093)