圖3測試流程示意圖

Fig.3Testflowschematic

2結(jié)果與討論

在本試驗(yàn)中，不同溫度相同恒壓充電電壓工況和不同恒壓充電電壓相同溫度工況的試驗(yàn)同步開展，通過對兩種影響因素的綜合研究與分析，實(shí)現(xiàn)對磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池備電工況壽命驗(yàn)證分析。

2.1 不同溫度相同恒壓充電電壓工況

在該工況下，試驗(yàn)設(shè)定樣品以3.5V電壓在不同溫度環(huán)境下恒壓充電10天，然后每隔相同時(shí)間開展性能參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)，分析放電容量和直流內(nèi)阻等參數(shù)的變化規(guī)律。

試驗(yàn)中以1/3C（8.33A）電流進(jìn)行放電容量測定，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4不同溫度相同恒壓充電電壓工況下樣品放電容量變化

從圖4中可以看出，在不同溫度下，樣品的放電容量保持率呈明顯的線性衰減趨勢，溫度越高，衰減速率和幅值越大。對不同溫度下樣品的放電容量保持率進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果如表2所示。

表2不同溫度下樣品放電容量保持率擬合結(jié)果

注：擬合公式為。式中，a是容量保持率初始值；b是容量保持率衰減率；t是試驗(yàn)時(shí)間。

為進(jìn)一步研究溫度對樣品放電容量的影響，本文進(jìn)一步研究了容量保持率衰減率b與溫度的關(guān)系，如圖5所示。

圖5放電容量保持率衰減率與溫度的關(guān)系曲線

從圖5中可以看出，放電容量保持率衰減率b與溫度之間有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對其進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，其規(guī)律符合式（1）

式中，y0、A、R0均為常數(shù)；T為試驗(yàn)溫度，K。

圖5中的紅色曲線為擬合曲線，從擬合結(jié)果的R2值可以看出，該擬合結(jié)果具有較高的置信度。

綜合分析可得，樣品在不同溫度相同電壓工況下的放電容量衰減規(guī)律為

式中，a、b、c、R0均為常數(shù)；t為試驗(yàn)時(shí)間；T為試驗(yàn)溫度，K。

本文參考FreedomCAR的混合功率脈沖（HPPC）測試進(jìn)行樣品內(nèi)阻參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6不同溫度相同恒壓充電電壓工況下樣品放電直流內(nèi)阻變化曲線

圖6是相同恒壓充電電壓不同溫度工況下樣品的放電直流內(nèi)阻變化曲線。從圖中可以看出，不同溫度條件下樣品的放電直流內(nèi)阻變化趨勢有明顯差異。在25℃條件下，樣品的直流內(nèi)阻呈波動(dòng)狀態(tài)，試驗(yàn)前后無明顯上升。在35℃條件下，樣品的直流內(nèi)阻呈增大趨勢。在45℃和55℃條件下，樣品的放電直流內(nèi)阻呈明顯的上升趨勢，上升規(guī)律比較一致。

本文對數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合分析，發(fā)現(xiàn)除25℃，其他溫度條件下樣品的直流內(nèi)阻變化規(guī)律符合式（3）

式中，y1、A1、B1均為常數(shù)。

結(jié)合阿倫尼烏斯公式，對擬合結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)公式中的常數(shù)B1與溫度T呈一定的線性關(guān)系。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析后，得到放電直流內(nèi)阻的衰減規(guī)律為

（4）

綜合放電容量衰減規(guī)律和直流內(nèi)阻衰減規(guī)律，對樣品在不同溫度條件下備電工況壽命進(jìn)行估算，結(jié)果如表3所示。

表3不同溫度相同恒壓充電電壓條件下備電工況壽命估算結(jié)果匯總

從表3中可以看出，隨著溫度的升高，相同樣品的備電工況壽命明顯縮短。說明，溫度對電池的老化起到了加速的用途。因此，在實(shí)際使用過程中，要對使用環(huán)境溫度進(jìn)行控制，保證電池系統(tǒng)在合適的環(huán)境溫度下工作。

2.2 相同溫度不同恒壓充電電壓工況

在該工況下，試驗(yàn)設(shè)定樣品在25℃環(huán)境下以不同的恒壓充電電壓進(jìn)行恒壓充電10天，然后開展性能參數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)，分析放電容量和直流內(nèi)阻等參數(shù)的變化規(guī)律。

試驗(yàn)中以1/3C（8.33A）電流進(jìn)行放電容量測定，測試結(jié)果如圖7所示。

圖7相同溫度不同恒壓充電電壓工況下樣品放電容量變化

從圖7中可以看出，所有工況下樣品的放電容量保持率均呈現(xiàn)高度線性衰減趨勢。在試驗(yàn)開始時(shí)，各工況的差異較小，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，工況間有一定的差異，但是明顯小于不同溫度的工況。對各工況下樣品的放電容量保持率進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果如表4所示。

表4相同溫度不同恒壓充電電壓下樣品放電容量保持率擬合結(jié)果

注：擬合公式為。式中，m是容量保持率初始值；n是容量保持率衰減率；t是試驗(yàn)時(shí)間。

從表4中可以看出，R2值表明擬合結(jié)果與實(shí)際曲線吻合度極高。在不同的恒壓充電電壓條件下，樣品的放電容量保持率衰減率有一定的差異，但是差別極小，明顯小于不同溫度對放電容量保持率的影響。

從圖8中可以看出，在溫度相同條件下，當(dāng)充電電壓不同時(shí)，樣品的放電直流內(nèi)阻上升呈現(xiàn)了不同的趨勢。當(dāng)充電電壓為3.5V時(shí)，樣品的內(nèi)阻呈波動(dòng)狀態(tài)，無明顯上升趨勢。當(dāng)充電電壓為3.55V和3.6V時(shí)，樣品的內(nèi)阻上升趨勢基本一致，呈線性上升。當(dāng)充電電壓為3.65V時(shí)，樣品的內(nèi)阻呈現(xiàn)了非線性上升的趨勢，而且上升的幅值明顯大于其他條件。綜上，在溫度相同的工況下，樣品的內(nèi)阻上升隨著充電電壓的增高呈嚴(yán)重趨勢。

圖8相同溫度不同恒壓充電電壓工況下樣品放電直流內(nèi)阻變化曲線

綜合放電容量衰減規(guī)律和直流內(nèi)阻衰減規(guī)律，對樣品在相同溫度條件不同恒壓充電電壓條件下的備電工況壽命進(jìn)行估算，結(jié)果如表5所示。

表5相同溫度不同恒壓充電電壓條件下備電工況壽命估算結(jié)果匯總

綜上所述，在相同溫度條件下，樣品的放電容量呈線性衰減趨勢，不同充電電壓對放電容量的影響較小。但是在不同充電電壓條件下，樣品的放電直流內(nèi)阻呈現(xiàn)了不同的趨勢，隨著充電電壓的變高，內(nèi)阻的上升趨勢發(fā)生變化，并且上升幅值變大。

在備電工況下，放電容量是備電電池系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)，決定其持續(xù)輸出能力；放電直流內(nèi)阻是備電電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，決定其瞬態(tài)輸出能力。因此，根據(jù)備電工況的重要用途，可以綜合考慮使用方式。有關(guān)以穩(wěn)定持續(xù)輸出電能為主的工況，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定電壓，并控制舒適的環(huán)境溫度；有關(guān)以瞬態(tài)短時(shí)輸出能力為主的工況，建議在滿足需求的情況下降低充電電壓。

3結(jié)論

本文以25A·h磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池為測試對象，基于通信基站備電工況開展了可用周期試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)，以環(huán)境溫度和恒壓充電電壓作為影響因素，詳細(xì)分析了不同因素對備電工況可用壽命的影響，并得到樣品的預(yù)計(jì)可用周期，對退役動(dòng)力鋰離子電池在備電工況的再利用給出了明確的指導(dǎo)方法：

（1）溫度對備電工況的可用周期影響較大，溫度變高，可用壽命明顯縮短；

（2）恒壓充電電壓對備電工況的可用容量影響較小，對樣品的直流內(nèi)阻有一定的影響。電壓變高，樣品的直流內(nèi)阻上升趨勢加?。?/p>

（3）在實(shí)際使用過程中，有關(guān)容量指標(biāo)要求比較高的場景，要嚴(yán)格控制環(huán)境溫度；有關(guān)內(nèi)阻和功率等動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求比較高的場景，要對溫度和恒壓充電電壓均進(jìn)行控制。

引用本文：劉仕強(qiáng),王芳,馬天翼等.磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池備電工況壽命試驗(yàn)研究及分析[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,09(02):638-644.

LIUShiqiang,WANGFang,MATianyi,etal.Cyclelifetestandanalysisoflithiumironphosphatebasedtractionbatteries[J].EnergyStorageScienceandTechnology,2020,09(02):638-644.