二次利用磷酸铁锂动力电池并联特性研究

随着电动汽车的快速发展,未来将有大量的动力电池退役,这些淘汰下来的电池仍有可观的剩余容量和寿命,可以在静态储能等领域实现梯次利用。为了提高安全性和输出性能,淘汰下来的动力电池需要在筛选之后重新串、并联成组使用。以二次利用磷酸铁锂动力电池为研究对象,研究在单体电池内阻不一致、剩余容量不一致、初始SOC不一致等情形下,电池组的并联特性,即并联电池组中各电池直流阻抗、电流不平衡度的变化情况。对于实现磷酸铁锂动力电池的梯次利用具有指导意义。     

Study on the characteristics of second life LiFePO4 batteries

随着电动汽车的快速发展,未来将有大量的动力电池退役,这些淘汰下来的电池仍有可观的剩余容量和寿命,可以在静态储能等领域实现梯次利用。为了提高安全性和输出性能,淘汰下来的动力电池需要在筛选之后重新串、并联成组使用。以二次利用磷酸铁锂动力电池为研究对象,研究在单体电池内阻不一致、剩余容量不一致、初始SOC不一致等情形下,电池组的并联特性,即并联电池组中各电池直流阻抗、电流不平衡度的变化情况。对于实现磷酸铁锂动力电池的梯次利用具有指导意义。     

电化学阻抗谱识别不同化学体系退役动力锂离子电池北大核心CSCD

退役动力锂离子电池梯次利用可充分提高动力电池的经济性,然而目前动力电池标识信息混乱、电池荷电状态差异和工作电压重叠均导致无法直接或依据开路电压准确分辨磷酸铁锂动力电池与镍钴锰三元动力电池。为此,基于动力锂离子电池的结构和等效电路,建立了容量与动力电池界面电容、反应电阻、韦伯阻抗和液相电阻的对应关系,通过分析动力电池容量对电化学阻抗实部和虚部的影响探讨了利用阻抗法快速识别退役动力锂离子电池化学体系的可能性。结果表明电化学阻抗实部与虚部的比值与电池容量无关,据此可利用该比值随频率的变化差异快速识别不同化学体系的动力锂离子电池,从而避免依据充放电判断电池化学体系的低效率。此外,软包装磷酸铁锂和镍钴锰三元电池的测试结果也表明10 Ah、12.5 Ah和50 Ah的磷酸铁锂电池阻抗虚部与实部比值随交流信号频率的变化基本相同,但与镍钴锰三元电池明显不同,初步验证了该方法的有效性。     

Online detection method for incremental capacity internal resistance consistency

电池包单体内阻的不一致会导致短板单体的过充过放,诱发渐变性故障,加剧电池组的失效,安全检测成为市场需求。本文对不同老化程度的磷酸铁锂充电曲线进行分析之后,提出一种基于容量增量的内阻一致性在线检测方法：对充电数据进行分析得到容量增量峰的特征,进而表征单体之间的内阻差异,最后使用箱型图进行异常检测。使用已设计的电池检测系统对电池包进行在线检测与HPPC检测,验证对比发现：两者归一化的单体内阻分布存在较高的一致性,且容量增量在线检测方法成本低、操作简便,适用于大规模的商业电池进行内阻一致性检测,不会对工程效率以及电池组寿命产生影响。在线检测方法为锂离子电池全生命周期预防性安全检测提供方法指导。     

并联锂离子电池组建模及不均衡电流分析

近年来电池储能以其响应速度快、能量密度高等优点,在电力系统中发挥重要作用。为满足实际应用的要求,电池储能系统需要将电池或电池组并联从而达到较高的可用容量,但并联电池在实际中受内阻、容量、荷电状态（SOC）等影响将出现电流不平衡现象,一定程度上制约了电池充放电电流和使用条件,影响了电池性能。针对并联电池组支路电流采集过程繁琐且状态估计复杂的情况,以电池的二阶等效电路为基础,结合回路电流法建立了并联电池组的仿真模型。模型能够根据锂电池的性能参数及状态方程实现并联支路电流的计算,进而估计并联电池组的状态,省去了对并联支路电流的检测环节。同时重点研究了并联电池组的支路不均衡电流现象,以磷酸铁锂电池为例,分析了并联电池组的充电特性。针对并联电池组的支路不均衡电流影响因素较为复杂、难以解耦的特性,采用控制变量法,通过模型详细分析了内阻、容量、初始SOC等因素对支路电流点的影响,为并联电池组的设计、成组优化及性能分析提供了参考。     

一种基于改进型k-means聚类算法的退役电池组筛选重组方法

随着新能源汽车保有量的逐渐增加,未来几年将会有大量的新能源汽车动力电池组退役,而这些达到退役寿命的电池同样具备潜在的利用价值。从电池单体容量、电量、内阻三个维度出发,针对电池组内单体状态差异性,提出了一种改进型k-means聚类方法实现退役电池组的重组,即认为单体的容量、电量、内阻每个维度上的差异对电池组整体不一致性的影响程度不同,进而利用信息熵理论确定每个维度的权重;通过实验对聚类结果进行了验证,结果表明这种方法可以有效筛选出一致性较高的电池单体。在此基础上,进一步提出了梯次利用可能的应用场景,完善了电池组全生命周期的价值链。     

磷酸铁锂电池多阶段利用可行性

磷酸铁锂动力电池进行材料再生利用的价值较低,开展全电池循环再利用是最大化其全生命周期使用价值的主要方式.通过建立不同电流负荷强度的三个阶段模拟工况实验方案,验证了磷酸铁锂动力电池多阶段再利用的可行性.实验结果表明在容量衰减至初始值的50％之前,所有样品的衰减均具有较高的规律性.当容量衰减至低于50％之后,个别样品出现容...     

废旧磷酸铁锂动力电池回收利用研究进展

本文结合近几年国内外废旧磷酸铁锂动力电池回收利用的研究结果,对废旧磷酸铁锂动力电池回收利用最新技术进行详细综述,包括预处理过程、正负极材料及电解液的多种回收再利用方法。着重介绍了正极材料回收工艺,包括火法冶金、湿法冶金中酸浸工艺及生物浸出技术、直接再生技术;并分别介绍了负极的再生利用技术及电解液的超临界CO2回收工艺。系统总结了废旧磷酸铁锂动力电池回收利用的最新进展,对目前废旧磷酸铁锂动力电池回收利用过程中存在的问题进行分析,未来应对回收工艺及原理开展深入研究,开发出清洁、环保、流程短的回收工艺,对不同类型的回收材料采用不同回收处理方式,从而真正实现废旧磷酸铁锂动力电池全组分高效率、高质量回收。     

动力电池二次利用一致性分选研究

针对动力电池二次利用时单体电池不一致性影响电池储能系统整体性能的问题,研究长期使用后的退役动力电池关键参数的变化,分析现阶段动力电池的匹配成组筛选策略以及电池均衡算法,根据电池状态和参数变化信息选择合适的电池性能评价方法,通过对退役动力电池进行严格的筛选分组、均衡策略以维持整个电池组的一致性.研究表明,通过合理的电池匹...     

Research progress on liquid synthesis of lithium ferrous phosphate

磷酸铁锂已经成为一种重要的锂离子动力电池正极材料,磷酸铁锂的合成方法分为固相法和液相法.液相法合成对材料的微观形貌影响较大,在合成具有特定形貌和尺寸的磷酸铁锂材料时,仍然以液相法合成为主.本文较详细地介绍了近年来液相法中的溶剂热法和溶胶-凝胶法制备磷酸铁锂的研究进展,包括传统的水热合成和非水溶剂热合成以及溶胶-凝胶法在某些具有特殊微结构的磷酸铁锂制备中的研究进展.     

动力电池二次利用关键参数识别研究综述

利用参数识别技术对退役动力电池进行分选,实现退役电池的二次利用。研究二次利用前动力电池的性能状况,对电池的剩余容量、剩余寿命、电池的荷电状态(state of charge,SOC)、电荷健康度(state of health,SOH)等影响电池性能的参数进行识别,并根据获取的相关数据来评估退役电池组当前状态下的性能,预测电池的剩余寿命,为动力电池二次利用的参数识别提供理论依据。     

动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展

磷酸铁锂具有价廉、环保、热稳定性好等优点,是理想的锂离子动力电池正极材料之一,因此受到行业的广泛关注。本文阐述了磷酸铁锂的结构和性能特点,介绍了磷酸铁锂的制备方法和研究新进展,基于目前研究现状讨论了存在的问题。     

基于温湿度解耦建模的质子交换膜燃料电池内阻特性研究

考虑到内阻能反映堆内水热管理状况,建立内阻与操作条件机理模型,温湿度操作条件间解耦模型,以总内阻最小为寻优标准,寻得不同电流下的最优温湿度点;通过等效电路模型,推导出交流阻抗与等效电路阻抗之间的关系;并通过设计相关的内阻特性实验,得到在定电流定操作条件下,交流阻抗与直流阻抗的关系,模型计算与实验结果的误差范围在6%内,验证了模型的有效性和准确性。     

束缚力对磷酸铁锂电池安全性影响

本工作采用循环寿命末期的大容量方型铝壳磷酸铁锂动力电池,以测试金属板模拟电池单体在电池系统中的束缚力场景,系统地研究了束缚力对动力电池过放电、过充电、外部短路、加热、针刺5项安全性能的影响。结果表明,束缚力对电池安全性能有显著影响,束缚力(约3 kN)的存在可有效降低电池安全风险,提高电池安全性能。束缚力的存在可有效避免过放电电池鼓胀及漏液,降低过充电爆炸概率,减缓外部短路引发的内阻及鼓胀增长,减少漏液、内部短路的发生,延缓加热触发热失控的温度,提高针刺安全性,避免浓烟释放和起火。本研究有助于提高科研人员对方型磷酸铁锂动力电池安全性的认识,为电池系统设计、安全标准制定等提供数据支撑。     

梯次利用电池储能系统一致性维护方法研究

梯次利用电池储能系统与常规储能系统相比,面临更加困难的维护工作,需要研究高效的梯次利用电池储能系统维护方法 ,而维护工作的目的之一就是维护电池间的一致性。动力电池退役后应用于储能系统,相比传统新电池储能电站,电池一致性发散问题更为突出。随机抽取两组某纯电动公交车退役电池模组作为试验样本,测试电池模块剩余容量、欧姆内阻等参数,分析欧姆内阻的不一致性和SOC使用区间的不一致性对容量的影响。经分析,被测试退役电池在循环过程中,欧姆内阻没有明显增大趋势,容量的衰退主要由单体电池容量不一致性导致。然后提出一种基于抽样试验的梯次利用电池储能系统维护关键指标确定方法 ,并通过试验证明了该方法的有效性。通过数据分析,抽样电池模块在后期循环中,欧姆内阻一致性没有太大变化,但是SOC使用区间变化较大,尤其是高端SOC区间容量利用率随着循环次数的增加逐渐降低,影响了电池模块的可用容量,是维护中要重点关注的部分。     

Application of lithium ion phosphate battery in 110 kV substation DC power system

本项目选用了两种不同的电池管理模式对磷酸铁锂电池组进行管理,并将组装好的两套电池组应用于110 kV变电站直流系统的日常运行.运行结果表明,磷酸铁锂电池可以在变电站替代铅酸蓄电池使用,并且可以浮充运行;运行过程中,单体电池的电压会由于电池充电态的变化下降或上升;单体电池的内阻呈现先下降再上升的变化;电池组的放电容量随着运行时间的延长出现每年3%左右的衰减(浮充电压为3.6 V);合适的电池管理模式能将电池组内单体电池的电压差保持在较小的范围,有利于电池组长寿命的运行.     

基于热管技术的锂电池箱热管理系统设计与实验验证

动力电池热管理不仅影响系统效率、充放电能力,而且事关系统安全性和可靠性,尤其"热失控"危害更甚。为此,针对大功率动力电池箱,提出一种基于热管-翅片-集热板组合,并结合加热器件、低功耗电控风扇及其智能控制算法的热管理系统。通过有限元计算模拟和实际充放电试验,验证了该热管理系统性能。以磷酸铁锂动力电池为例,计算与测试结果表明,1C高强度连续充放电情况能将电池组温升控制在15℃以内、风扇调速温差控制在2℃以内,严重故障时仍能将电池温度降至安全温度。此外,采用预热片对电池组预热,实现了电池组冷启动功能。该系统能有效解决过热、过冷情况下的电池组热管理问题。     

基于风险防御的退役动力电池递进式分选方法研究

针对退役动力电池存在初始特性参数不一致,梯次利用过程中存在安全稳定性降低等问题,提出一种基于风险防御的退役动力电池递进式分选方法。首先,提取电动汽车退役动力电池“灰箱”数据,选取剩余容量、内阻及端电压作为分选参数,采用改进K-均值算法对退役动力电池参数进行初始聚类数据提取。其次,估计梯次利用过程中退役动力电池荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）等特性,通过功能状态（SOF）表征参数间的关联特性,并基于SOF动态一致性进行分选。最后,考虑风险防御预留系统的SOF动态安全裕度,降低退役动力电池初始特性缺陷对梯次利用重组的影响。通过仿真分析验证所提分选方法提高了退役动力电池的一致性,并有效降低了重组系统的寿命损耗。     

石墨负极材料形态对LiFePO4动力电池性能的影响

本文分别以树脂包覆天然石墨（RCNG）、人造石墨（AG）和中间相碳微球（MCMB）为负极材料,制备了三种不同的圆柱形磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池。通过X射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的晶体结构与形貌进行表征,并采用多种手段测试了各动力电池的电化学性能。结果显示,磷酸铁锂/中间相碳微球（LFP/MCMB）电池表现出较为优异的电化学低温、倍率和循环性能,其在 −20℃下的1 C容量保持率为61.04%,6 C高倍率容量保持率和温升分别为87.52%和24.8℃,3 C循环1 000次后容量保持率为93.81%。     

Testing of the performance and energy-storage applied for retired LiFePO4 batteries

针对某电动公交车退役LiFePO₄动力电池,测试了电池的容量、直流内阻、常温下的储存性能,进而测试电池的倍率充放电性能、高低温特性和循环性能,分析了新旧电池相关参数的差异及变化规律;在此基础上,重组电池模组,测试其循环性能;最后集成了1MW·h梯次利用电池储能系统并参与风电平滑。结果显示,该动力电池容量衰退初始容量75%左右时,直流内阻只有小幅增加,电池常温下的储存性能、倍率性能、高低温性能下降不显著,电池单体和模块的循环性能良好,显示出该退役LiFePO₄电池具有较好的梯次利用价值。