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單體電池設(shè)計(jì)壽命和使用壽命較長(zhǎng),但裝配成電池組后由于衰減速度的差異引發(fā)的一致性和使用壽命短的問題,備受廣大科技人員和用戶的關(guān)注。電池組的一致性問題不僅嚴(yán)重縮短續(xù)航時(shí)間,輸出功率快速下降,嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)熱失控故障甚至事故。引發(fā)電池衰減差異的原因非常復(fù)雜,既有電池自身(俗稱內(nèi)因)原因引起的衰減差異,也有使用期間的外界因素(俗稱外因),特別是充放電電壓、充放電電流、溫度差異等,外因與內(nèi)因相互促進(jìn),最終導(dǎo)致電池組的快速衰減。其中,外因是電池組快速衰減的重要因素。

電池衰減成因

關(guān)于蓄電池,無論使用與否,它都會(huì)隨著時(shí)間的流逝而出現(xiàn)衰減,包括容量的衰減、內(nèi)阻的增大、自放電率的變化等等。內(nèi)因關(guān)于電池的衰減是緩慢的,接近于日歷衰減,與外因引起的衰減速度相比幾乎可以忽略不計(jì),外因才是造成電池衰減的重要成因。最重要的影響因素是對(duì)電池施加用途的充放電電壓、充放電電流以及環(huán)境溫度,這些因素都會(huì)直接影響電池的充電限制電壓和放電截止電壓,當(dāng)施加于電池的端電壓大于充電限制電壓或放電時(shí)的端電壓低于放電截止電壓時(shí),電池會(huì)受到不可恢復(fù)的損傷,并且這個(gè)電壓差值越大,電池受到的傷害越重,直至失效或報(bào)廢。同樣,施加于電池的充放電電流也是影響電池電壓的重要因素,特別是關(guān)于衰減電池的影響非常大,由于容量的降低,在較大的充放電電流下,衰減電池的電壓上升速度和下降速度高于正常容量電池,容易導(dǎo)致衰減電池過充電及過放電,過充電和過放電是電池衰減和損壞的殺手。另外,衰減電池的內(nèi)阻明顯高于正常電池,衰減越嚴(yán)重,相對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻越大,在較大充放電電流下,衰減電池的溫升加速,溫升反過來又加速電池衰減,最終形成惡性循環(huán)。

電池組衰減速度高于單體電池的成因及防范策略

評(píng)價(jià)電池充放電速度快慢有一個(gè)專用名詞,稱之為倍率,倍率反映的是電池充放電速度,涉及到兩個(gè)重要參數(shù),分別是充放電電流和電池容量,換算公式為:倍率=電流&pide;容量,由此可見,倍率的大小與電池的充放電電流成正比,與電池的容量成反比。在單電池供電設(shè)備中,電池的充放電電流或倍率通常處于某一范圍內(nèi),對(duì)充電限制電壓和放電截止電壓很容易進(jìn)行控制,不易發(fā)生過充電或過放電的情況,因而電池實(shí)際使用壽命通常都比較長(zhǎng),而關(guān)于多串電池組,在沒有任何均衡裝置干預(yù)的情況下,無法單獨(dú)控制每一塊電池的充電限制電壓和放電截止電壓,衰減電池極容易進(jìn)入極端狀態(tài)而受損,同時(shí)對(duì)其它電池又出現(xiàn)連鎖反應(yīng),影響其它電池的正常充放電工作,這種影響是非線性的,幾乎呈指數(shù)式加速狀態(tài),一旦有一塊電池受損(實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一次嚴(yán)重的過放電即可造成鋰離子電池的嚴(yán)重衰減甚至永久報(bào)廢),整組電池的容量、性能加速下降。某電池一旦發(fā)生衰減,其實(shí)際充放電倍率將是組內(nèi)最高的,這又進(jìn)一步加快其衰減速度,充電時(shí)快速進(jìn)入過充電狀態(tài),放電時(shí)又快速進(jìn)入過放電狀態(tài),如此持續(xù)幾個(gè)充放電循環(huán)后,衰減電池的容量將急劇下降,內(nèi)阻急劇上升,內(nèi)阻引起的內(nèi)部損耗增大,對(duì)整個(gè)電池組的負(fù)面影響是非常明顯的,導(dǎo)致有效放電時(shí)間迅速縮短,有效放電容量迅速下降(充電容量也隨之下降),輸出功率下降,因此,電池組的衰減速度遠(yuǎn)高于單電池供電設(shè)備的電池衰減速度。

過針刺低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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根據(jù)前面的分析可知,電池組嚴(yán)重衰減后的表現(xiàn)重要有以下幾種:一是充放電容量減少;二是充放電時(shí)間縮短;三是帶負(fù)載能力變差;四是充放電溫升加速。無論是哪種變化,衰減電池都會(huì)通過端電壓表現(xiàn)出來,在充放電的情況下,衰減嚴(yán)重的電池與正常電池或衰減輕微電池間的電壓差異表現(xiàn)明顯,這種差異的表現(xiàn),實(shí)質(zhì)就是容量差異以及內(nèi)阻差異的外在表現(xiàn),體現(xiàn)電池的一致性差異,防范電池組快速衰減就必須解決電池電壓的一致性問題,防止電池發(fā)生過充電和過放電極端?；谀壳暗碾姵毓芾砑夹g(shù),只有轉(zhuǎn)移式實(shí)時(shí)電池均衡技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)電池組采用退役的鋰離子電池組組裝,2并4串結(jié)構(gòu),每2并電池作為一個(gè)整體,如圖1所示電池組下面的設(shè)備為本文鋰離子電池均衡器樣機(jī)。室溫環(huán)境下的2A放電檢測(cè)剩余容量分別為1#:2.58Ah,2#:2.09Ah,3#:1.50Ah,4#:2.51Ah,來自多個(gè)電池廠商。實(shí)際剩余容量分別只有設(shè)計(jì)容量的58.6%、47.5%、34.1%和57.1%,從實(shí)際剩余容量來看,均已達(dá)到淘汰標(biāo)準(zhǔn),整組充電標(biāo)準(zhǔn)為恒流限壓充電,恒流充電電流為2A,整組限壓16.8V,當(dāng)任意電池的電壓充電至4.20V時(shí),整組電池停止充電。放電標(biāo)準(zhǔn)為2A恒流放電,整組電池放電終止電壓限定為12.0V,當(dāng)任意電池的電壓放電至3.00V時(shí),整組電池停止放電,循環(huán)均衡充放電次數(shù)30次。在正常工作中，負(fù)極板上的PbSO4顆粒小，放電很容易恢復(fù)為絨狀鉛，但有的時(shí)候電池內(nèi)部生成了難以還原的硫酸鉛，稱為硫酸鹽化。

引起負(fù)極鹽化的原因很多，諸如放電后不能及時(shí)充電，電池長(zhǎng)期擱置，引起嚴(yán)重的自放電，電解液濃度過高，長(zhǎng)期充電不足，高溫下長(zhǎng)期放電，這種硫酸鉛用常規(guī)方法很難還原，這樣活性物質(zhì)的減少勢(shì)必影響到水電瓶的容量。