单体电压不一致性对锂电池储能系统容量衰减的影响

电池的不一致性是指同一规格、同一型号的电池在电压、内阻、容量等方面的参数差别。其中,电压不一致性的表现相对直观,也容易被测量。在MW级电池储能电站中,需要通过串并联成组来满足储能系统的电压等级和容量需求,电池单体数量高达几万节,而单体电池不一致性的存在,将不可避免地影响储能系统整体性能。针对200 kW/200(kW·h)锂电池储能系统和250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统在不同时间阶段进行容量标定实验,经过长期运行后,分析单体电池电压不一致性对电池系统容量衰减的影响。结果显示:经过2年的运行,250 kW/1(MW·h)锂电池储能系统充电性能衰减了4.24%,放电性能衰减了2.6%,单体电压不一致性变化不大,而200 kW/200(k W·h)锂电池储能系统充电性能衰减了25.976%,放电性能衰减了27.120%,说明具备充放电均衡控制策略的锂电池储能系统能够很好地改善单体电压不一致性变化;250 kW/1(MW·h)储能系统已累计运行相当于100%DoD(depth of diacharge)充电27.11次,相当于100%DoD放电23次,充放电次数是造成该储能系统容量衰减的主要原因。     

退役磷酸铁锂电芯性能研究

一致性分选是退役电池梯次利用的关键技术之一.本文以15A·h退役磷酸铁锂单体电池为研究对象,通过外部特征分析、容量测试、脉冲充放电测试来研究电池的内部及外部性质.研究结果表明,退役锂离子电池分选的第一步可通过外观检查进行初步快速筛选.对于退役电池实际容量的标定,按标称容量的80％来定义充放电电流I3,得到的退役电池实际容量更准确.脉冲放电电压是判断电池一致性的一个重要指标,可作为锂电池快速分选的特征指标.最后选出了电池健康度(SOH)在80％以上、脉冲放电电压在2.7V以上的电池作为工况良好的电池.     

碳负极面密度均匀性对锂离子电池性能的影响

研究了碳负极纵向面密度均匀性对电池首次充放电效率、倍率放电性能和循环性能的影响。实验结果表明:负极纵向面密度差从1.52mg·cm-2降低到0.12mg·cm-2时,电池的首次充放电效率由81.9%增加到88.9%。以纵向面密度差分别为1.31mg·cm-2和0.35mg·cm-2的负极所制备的电池,其2C放电容量分别为0.2C放电容量的93.1%和96.5%,经157次1C充放电循环后,放电容量分别为初始容量的80.6%和88.9%。在负极制备中监测电极的面密度的变化,可提高电池的综合性能。     

储能锂离子电池荷电状态估算方法

锂离子电池因其能量密度大、转换效率高以及反应快速等特点,已逐渐在大型储能系统中得到应用。为有效获知锂离子电池的荷电状态(SOC),在传统方法基础上,将开路电压法和安时积分法相结合,研究某单体容量为20 A·h锂电池的充放电特性,提出了一类兼具离线和在线修正能力的高精度SOC估算算法,为储能系统中的电池管理策略提供支持。     

锂离子电池组合前后的特性研究

为更好地使用锂离子电池组,更精确地估算电池的荷电状态(SOC),对锂离子电池组合前后进行了常温4.0 A充放电、常温7.5 A放电、-20℃下4.0A放电以及55℃下4.0A放电等实验测试.实验结果显示:锂离子电池成组后的充放电特性有所下降,电池组总容量下降为单体电池的90%左右,SOC偏低,工作电压的下降速率在放电末期急剧上升,可达平台区的50倍.对电池组的一致性进行了分析,得出锂离子电池成组时应充分考虑单体电池的一致性;在估算SOC时,采用电池组参数和单体电池参数相结合的方式.     

储能锂电池运行状态综合评估指标研究

随着锂电池储能技术不断完善,国内外锂电池储能电站不断增多,储能锂电池运行情况越来越受到重视。以运行数据为基础,结合理论分析,研究了电池电压极差、电池电压标准差系数、电池温度极差、SOE极差、功率-SOE相关度、运行充放电效率等储能锂电池运行状态评估指标,并根据指标之间的内在联系,对评估指标体系进行了综合评价。研究结果表明,上述指标能有效评估储能锂电池运行状态,对于及时发现电池故障,合理安排电池检修维护具有指导意义。     

MH-Ni蓄电池组一致性及分选技术

MH-Ni蓄电池组充放电性能的一致性主要表现在电压和电池容量的一致性,是因为制造工艺和材料的不一致等因素造成的。电池分选技术非常重要,采用内阻法、容量法、特性曲线法相结合,提高了MH-Ni蓄电池的一致性,即使在240A(3C)放电,电池组单体电压相差值也在20mV之内。     

纯电动汽车用锂离子电池的低温性能

锂离子电池低温特性的研究多限于单体电池,且测试工况单一。分别以纯电动汽车用锂离子电池单体和系统为研究对象,设计以1/3 C放电至截止电压的恒流一次放电工况,以及以1/3 C恒流放电0.5 h,静置10.0 h,循环至截止电压的多天多次放电工况,并在0℃、-10℃和-20℃下进行放电测试。在多天多次放电工况下,电池单体和系统的放电容量分别为139.14 Ah、138.47 Ah,放电能量分别为505.98 W·h、44 443.40 W·h,均低于恒流一次放电工况下的相应数据;同一工况下,电池系统的低温放电容量低于单体电池。采用数据拟合方式,构建电池系统、单体低温放电能量与温度的关系公式。     

炭黑与石墨混合炭材料对铅酸电池负极性能的影响

本文考察了加入不同含量混合炭材料(如炭黑与石墨)的铅酸电池负极的电化学性能。通过循环伏安测试,研究了炭材料对负极氧化还原性能与析氢电位的影响。通过扫描电镜测试,观察了负极微观形貌的变化。充放电测试结果表明,铅酸电池负极活性物质中炭材料的含量对其倍率放电性能具有重要影响。适量添加炭黑与石墨的混合材料,可以提高负极高倍率条件下的放电容量。当添加3%炭黑和2%石墨混合炭材料时,对负极充电时的析氢电位影响较小,10 C放电条件下得到较高容量。     

汽车用动力锂电池研究

采用三元材料(NCM)为正极活性物质,人造石墨与软碳为负极材料制成20 Ah的锂离子铝壳电池,研究了电池的电化学性能,实验表明:单体电池的循环寿命达到2 000次,容量保持率仍然在80%以上;低温-20℃放出87.79%的容量,高温55℃放出100%的容量,表现了很好的高低温性能;以3 C充电充入容量的80%,其中恒流充入整个容量的95%,5 C放电放出设计容量的96.35%;倍率性能也有较好的表现。制备的三元体系汽车用动力锂电池,具有较宽的使用温度范围和较长的循环寿命,满足了汽车用使用要求。     

高电压电解液对富锂锰动力电池性能的影响

富锂锰基材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(0x1,M=Mn、Co、Ni)是由Li_2MnO_3和LiMO_2形成复合结构的新型材料,以其高比容量、高电压、高能量密度、低成本、安全性能良好等优势成为新一代的动力锂离子电池正极材料。研究了三种不同的高电压电解液(简写为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)对富锂锰动力电池的首次充放电、储存性能、倍率放电性能以及低温放电性能的影响。结果表明,不同电解液制备的电池首次充放电效率均较小(约为68%),但其第二周、第三周的充放电效率分别达到96%和98%,与首次充放电效率相比,提高了30%左右;储存30天后,Ⅰ电解液的电池自放电较大,开路电压下降了0.66 V,且储存后的放电容量下降了206.1 mAh;在0.2 C和3 C放电条件下,Ⅱ电解液制备的电池放电容量明显高于其他两种电解液电池,具有较好的倍率放电性能;同时,以0.2 C放电,Ⅲ电解液制备的电池在低温0℃放电容量较常温容量下降幅度最小。因此,Ⅲ电解液具有更优异的电化学性能。     

不同正极活性物质的钛酸锂负极锂离子电池

采用4种正极活性物质,设计32650型4.0 Ah钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极锂离子电池,评估充放电倍率性能、放电温升、低温放电性能、循环性能和安全性能。尖晶石镍锰酸锂(Li Ni0.5Mn1.5O4)正极电池的电压平台高(3.15 V),-20℃下的1 C放电(3.3~2.0 V)容量是常温时的83.16%,比能量为74.57 Wh/kg;磷酸铁锂(LiFePO_4)正极电池的电压平稳(1.70 V),适用于对电压要求严格的领域。三元材料正极电池中,镍钴锰酸锂(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)正极电池的各项性能较优,3 C循环3 486次的容量保持率为102.58%,可用于快充领域;镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2)正极电池更适合于储能领域。     

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h, 25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。     

储能锂电池组串现场容量试验方法研究

储能锂电池组串由大量锂电池串并联组成,由于其电压高、电流大、容量大,无法使用电动汽车锂电池模组容量试验方法。描述了储能锂电池组串容量的定义,分析了充放电倍率、温度、充放电截止电压对锂电池容量试验的影响,比较了锂电池容量试验标准,并根据不同厂家电池组串容量试验方法,提出了一种具有通用性的储能锂电池组串现场容量试验方法,该试验方法对储能电池维护工作具有指导作用。     

电动车辆用锂离子电池热特性研究

电动车辆的性能和成本很大程度上取决于动力电池组的性能和使用寿命,而电池组的性能和使用寿命又受到电池生热的影响。为了研究电池在充放电过程中的生热特性,以35 A·h,3.7 V方形锰酸锂电池为研究对象,对常温下充放电生热特性和低温放电的生热特性进行研究。研究结果表明:随着放电电流增大,电池温度快速提高,且低温环境下利用电池放电生热可改善电池性能,这些将为后续动力电池组热管理系统研究提供参考。     

高寒高海拔地区微网储能锂电池系统优化设计

通过对高寒高海拔地区微电网储能选用的磷酸铁锂电池进行性能测试,分析了环境温度对电池充放电性能、循环寿命、系统容量及安全性能等重要参数的影响。结果表明:磷酸铁锂电池具有循环寿命长、对高倍率充放电耐受性强,具有耐用性与安全系数高等优点;环境温度对电池性能影响显著,低温下放电容量明显下降,高倍率充放电会缩短电池循环寿命。此外,结合高寒高海拔地区的气候特征对锂电池储能系统进行针对性的优化设计,并且在恶劣环境下对系统的可靠性进行了实验验证。研究结果可对磷酸铁锂电池在高寒高海拔地区的应用提供技术支撑。     

以Li_4Ti_5O_(12)作负极的聚合物锂离子电池的性能

应用纳米级钛酸锂粉末作为负极活性材料制作聚合物锂离子电池,并对电池进行测试.分析和评价了其电压特性、倍率充电特性、倍率放电特性、低温放电特性、循环寿命以及安全性能,同时与石墨负极的聚合物锂离子电池进行了比较.研究表明,钛酸锂负极的聚合物锂离子电池在安全性能、倍率充放电性能、低温特性等方面超过石墨负极的聚合物锂离子电池,能够适合于在混合动力汽车和电动汽车上的应用.但电池的能量密度需要进一步提高,同时制作的成本需要进一步降低.     

化成电压对锂离子电池性能的影响

研究化成电压对钴酸锂(Li Co O2)正极、石墨负极的锂离子电池性能的影响。从电池容量、倍率、阻抗、存储和循环性能等方面,并从负极固体电解质相界面(SEI)膜形成机理的角度,分析电池性能的差异。化成充电截止电压设定为3.70 V,与3.80 V相比,电池的容量、倍率、阻抗和存储等性能都有所改善。不同化成截止电压生成的SEI膜厚度不同,3.80 V时生成的SEI膜外层疏松,有机锂盐层增厚,因有机层稳定性差导致电芯的存储性能变差。