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锂电池的自放电和筛选
2017-12-22 14:26作者:管理员 来源:未知

去年电池群里有几个问题其实一直没很好的解答,放在IND4已经开始梳理了一部分,接下来我们可以把几个事情联系在一起。单体、模组、电池包的出厂SOC受哪些因素决定。

(1)电池单体/模组出货的SOC为多少?

(2)电池包出货都是按照多少SOC?

 

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图1 电池在寿命初期的流转情况

 

这里其实隐含的问题不仅包括:

  • 电池单体企业是否完成全部的组装过程,还是将单体/模组制造以后进入Pack工厂来做

  • 从安全角度考虑,SOC越低就越安全,在前期特别是单体与模组运输状态下,低soc更安全

  • 在组装Pack以前,是否进行了高自放电的筛选,完成Pack EOL测试之后再调整到合适的SOC进行

 

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  • 从存储角度考虑,如果建议客户半年内必须进行充放电维护的话

  • 低SOC状态下自放电率更小,到整车仓库存放,上装配线,预设2-3个月存放

  • 装车后,这里是否存在一个车辆补电的动作,否则会存在车辆在流转和库存周期里面,在交付到消费者手上的时候,会不会开了一小段就没电,因为soc太低进入限功率状态,需要人专门去维护

  • 现在即使车真正卖了给分时租赁&租赁公司,也有挺长的一段放置期

电池的自放电

 

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自放电分为两种: 

(1)物理自放电(损失容量能够可逆得到补偿的自放电):可逆容量损失的原因是发生了可逆放电反应,原理跟电池正常放电反应一致。是正常放电电子路径为外电路、反应速度很快;自放电的电子路径是电解液、反应速度很慢。 

(2)化学自放电(损失容量无法可逆补偿的自放电):当电池内部发生了不可逆反应时,所造成的容量损失即为不可逆容量损失的。

 

所发生不可逆反应的类型主要包括:

  • 正极与电解液发生不可逆反应(主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料)

  • 负极材料与电解液发生不可逆反应(SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀)

  • 电解液自身所带杂质不可逆反应 

  • 制成时杂质造成的微短路不可逆反应

      

所以以前我们专门对这个事情做分析和测定,目的是评估和探索这个自放电的情况,也是测定未来整体批量所带来的自放电特性能够可以被均衡能力所吸收。

 

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在循环之后的特性区别其实也可以进行考量,通过特性也可以管中窥豹

 

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而在单体级别,我们重点来谈一谈压差法 

由于电池的开路电压与其荷电状态有直接关联,因此对电池开路电压差的计算可以为电池自放电率提供一种间接的求取方式。只记录电池搁置前后的电压,计算其在 该段时间内的开路电压差,得到该电池的自放电率。不同起始荷电状态得到的自放电率不同,实际操作起来也需要有前置的步骤来操作。

(a)这里需要根据不同化学体系,选择合适的SOC点

(b)核算过程中,无法分离两部分自放电

 

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其利用差压法本身是建立在OCV对应SOC误差上的

所以总体而言需要谨慎选择:K值=△OCV/△t,单位为mV/d,

(1)选取合适的SOC 

 以LFP这种平的,就得仔细在区间里面找相对变化明显的

 

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(2)储存时间、温度和时间 :这里主要是拉大自放电的实际情况、调整筛选阈值范围和时间 

(3)测量电压的精度:根据上面的时间限制,将会约束自放电所需要的测量电压精度范围,时间越快带来的变化越小,往往在单体层直接测量需要到达是0.1mV精确度,分辨率达到0.01mV

以参考文献对应专利的数据,大家可以参考下

 

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模组和电池包的容量恢复

– ISO-12405 Parts 1 and 2 define test procedures for „Capacity Loss at Storage“ for 30 day periods at 40°C environmental conditions (Clause 7.5). The tests are applicable to REESS level with all required instrumentations. The standard does not define pass/fail-criteria.

– GB/T 31486 allows a max. 15% self-discharge for Li-Ion REESS within a period of 28 days

– US DoE Battery Test Manual recommends a max. discharge of 1% for a 30 day period

 

实际我们按照GBT31486,搁置测试法:常温或者高温下搁置一定的时间( 一般常温 28 d,高温7 d) ,再通过充放电测试得到的容量,自放电的大小可由初始容量和剩余容量来确定,计算容量保持率(Cr/Ct),因为涉及到采样芯片的精度问题,后面也只能通过这种办法来测定。

 

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整个筛选的意义

1.剔除自放电大的电池:这个事在目前老板是很强调的

同一批次电芯,材料和过程参数控制基本相同,当出现个别电池自放电明显偏大时,原因很可能是内部由于杂质、毛刺刺穿隔膜而产生了严重的微短路,主要是拦截这个

2.对电池进行统计配组:这个我其实觉得需要把压差法做的数据、容量恢复做的数据给统一起来,然后在数据上进行整合,为后续均衡能力匹配和统计做一些筹备,我们要的是数据分布,也根据这个数据看后续的实际情况来跟踪未来电池状态的发展

 

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参考文件

(1)磷酸铁锂电池自放电检测工艺研究

 

 

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