退役磷酸铁锂动力电池不一致性研究

摘要

磷酸铁锂电池是目前我国主要发展的电动汽车动力电池。当动力电池容量下降到80％以下，单次充电难以满足电动车的续航里程要求，面临淘汰。随着电动汽车的快速发展，退役动力电池的回收压力将不断增大。将退役动力电池能够继续应用于对电池性能要求较低的场合，可以有效延长动力电池的使用寿命，降低动力电池的使用成本，对促进电动汽车的推广具有重要意义。但是，显著的不一致性限制了它的再次利用，电池不一致性的具体表现方式、电池分选问题以及不一致的退役电池参与串并联之后的特性变化等，都是退役电池再利用前必须要研究的问题。因此，本论文主要研究内容如下:
　　在第一章中，简要介绍了电动汽车尤其是动力电池的发展现状，并介绍了磷酸铁锂电池的工作原理和结构组成，同时详细介绍了退役电池和不一致行的国内外研究现状。
　　基于第二章中介绍的实验研究设备及方法，在第三章中，对收集的退役磷酸铁锂动力电池的初始状态进行标定，确定了退役电池的现有健康状态。通过对比退役电池和新电池容量、内阻、循环充放电等基础电化学特性，进一步说明了退役动力电池在不一致性上的劣化。同时有效的验证了退役动力电池再利用的可行性。
　　在第四章中，通过简要介绍动力电池不一致性产生的原因，分析了电池不一致性的表现形式，主要表现为容量、内阻、电压等方面的不一致。通过研究不同环境温度和不同倍率下退役电池不一致性变化情况，得出随着温度降低或放电倍率升高，电池不一致性差异增大。在此基础上，综合考虑电池容量、内阻等内部因素，环境温度、放电倍率等外部因素，提出了退役电池不一致性多步分选方法。
　　在第五章中，通过对比分析内阻、容量及荷电状态三个条件不一致时，串、并联电池组在不同倍率下的性能变化情况，研究得出电池内阻不一致对串、并联电池组性能影响最大，不一致性差异过大甚至导致出现安全隐患。从电池成组角度出发，再次证实了不一致性分选的重要性，并为实际应用时电池组连接方式的选择提供了理论依据。
　　在第六章中，对比分析了直流阻抗法、短路电流与内阻水平法、内阻测试仪测试法及交流阻抗谱法。结果表明内阻测试仪测试内阻时间耗费最短，且可在线测量;直流阻抗法、短路电流与内阻水平法测试精度相对较高，短路电流与内阻水平测试SOC在90％-20％状态下可重复性比较好;交流阻抗谱法则能够全面反映电池内部参数变化情况。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 电动汽车发展概述

1．2．1 电动汽车发展现状

1．2．2 电动汽车动力电池

1．3 磷酸铁锂电池概述

1．3．1 磷酸铁锂电池结构组成

1．3．2 磷酸铁锂电池工作原理

1．4 退役电池国内外研究现状

1．4．1 退役电池回收再利用

1．4．2 电池不一致性

1．5 选题背景及研究内容

2 实验仪器及方法

2．1 实验设备及仪器

2．2 退役电池初始状态标定

2．3 退役电池性能测试方法

2．3．1 电池完全充电

2．3．2 放电倍率性能测试

2．3．3 高低温特性测试

2．3．4 循环寿命测试

2．3．5 电化学阻抗谱测试

2．4 本章小结

3 退役磷酸铁锂动力电池基础特性研究

3．1 引言

3．2 退役动力电池再利用的初步判定

3．3 退役磷酸铁锂动力电池基础特性

3．3．1 内阻特性

3．3．2 充放电特性

3．3．3 循环寿命特性

3．4 本章小结

4 退役磷酸铁锂动力电池不一致性研究

4．1 引言

4．2 电池不一致性

4．2．1 不一致性产生的原因

4．2．2 电池不一致性表现形式

4．3 环境温度对退役电池不一致性的影响

4．3．1 温度对电池容量的影响

4．3．2 温度对电池内阻的影响

4．3．3 温度对电池放电特性曲线的影响

4．4 放电倍率对退役电池不一致性的影响

4．4．1 放电倍率对电池容量的影响

4．4．2 放电倍率对电池放电特性曲线的影响

4．5 不一致性分选方法

4．5．1 初步分级

4．5．2 初步分选

4．5．3 动态分选

4．6 本章小结

5 退役磷酸铁锂动力电池组串并联特性研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验对象

5．2．2 实验方法

5．3 电池组串联特性研究

5．3．1 内阻不一致对串联电池组的影响

5．3．2 容量不一致对串联电池组的影响

5．4 电池组并联特性研究

5．4．1 内阻不一致对并联电池组的影响

5．4．2 容量不一致对并联电池组的影响

5．4．3 SOC不一致对并联电池组的影响

5．5 本章小结

6 退役磷酸铁锂动力电池内阻测试研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 直流阻抗法

6．2．2 短路电流与内阻水平法

6．2．3 内阻测试仪测试法

6．2．4 交流阻抗谱法

6．3 结果与讨论

6．4 直流阻抗法和交流阻抗谱法对比

6．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢