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&nbsp;</p><p>本案例模擬充放電循環(huán)期間以及隨后松弛階段的鋰離子電池。集總電 池模型用于對(duì)電池單元化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行建模，二維軸對(duì)稱模型用于對(duì)電池溫度進(jìn)行建模。

電池充放電電路是手機(jī)中最關(guān)鍵的電路之一，也是手機(jī)一切功能的源頭。如果該電路出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)使整個(gè)手機(jī)工作不穩(wěn)定，甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)。 手機(jī)的電是從電池來(lái)的，電池電壓經(jīng)過(guò)電源管理IC后，輸出到各個(gè)負(fù)載，這個(gè)電源管理芯片叫做PMIC，Power Management IC。

電池充放電電路是手機(jī)中最關(guān)鍵的電路之一，是手機(jī)一切功能的源頭，如果該電路出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)使得整個(gè)手機(jī)工作不穩(wěn)定， 甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)。

設(shè)置擱置時(shí)間后出現(xiàn)錯(cuò)誤，無(wú)法實(shí)現(xiàn)循環(huán)

鋰離子電池循環(huán)壽命 國(guó)標(biāo)規(guī)定鋰離子電池的循環(huán)壽命測(cè)試條件及要求： 在25度室溫條件下以1C充電150分鐘，以恒流1C的放電電流放到2.75V截止為一次循環(huán)。當(dāng)有一次放電時(shí)間小于36分鐘時(shí)試驗(yàn)結(jié)束，循環(huán)次數(shù)必須大于300次。

鋰離子電池的充放電次數(shù)最高可達(dá)2000-3000次之多，與普通鉛酸電池的充放電次數(shù)500次相比，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)相當(dāng)高了。不同的電池有不同的循環(huán)使用故事，三元鋰動(dòng)力鋰電池的循環(huán)使用壽命在1500-2000次左右。 單純的充電次數(shù)不會(huì)影響電池的使用壽命，鋰電池的壽命只根據(jù)循環(huán)次數(shù)來(lái)減少，充電次數(shù)不直接決定鋰電池的使用壽命。

如果電池存放環(huán)境溫度越高，則電池的自放電率就越大。鋰離子電池應(yīng)該在溫度較低的環(huán)境下存放。自放電也會(huì)造成SOC 估計(jì)的偏差，需要加以修正。4）電池自身的老化：當(dāng)電池進(jìn)行多次循環(huán)使用后的材料活性降低，那么電池發(fā)生老化導(dǎo)致電池性能的改變。電池老化的快慢由電池的充放電過(guò)程和使用方式?jīng)Q定。當(dāng)電池經(jīng)常以不當(dāng)?shù)姆绞?em>充放電時(shí)或是經(jīng)常發(fā)生過(guò)充或過(guò)放時(shí)電池的老化會(huì)變快。

在電池充放電過(guò)程中鋰離子在正負(fù)極之間的脫嵌要穿過(guò)SEI膜，因此，SEI膜的性質(zhì)對(duì)鋰離子電池充放電效率、能量效率、能量密度、功率密度、循環(huán)性、服役壽命、安全性、自放電等特性具有重要的影響。由于SEI膜的結(jié)構(gòu)為納米尺度，局部組成和結(jié)構(gòu)不均勻，組成成分復(fù)雜，影響組成與結(jié)構(gòu)的因素眾多，導(dǎo)致在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電極材料界面特性的控制主要依據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)。

林健在不同環(huán)境溫度下對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)，溫度越高，整體的充放電效率越高，電池壽命衰減越慢。 c.充放電倍率 充放電倍率指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充入/放出其額定容量時(shí)所需要的電流值。

對(duì)于純電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池的充放電可能隨時(shí)進(jìn)行。充放電是典型的電化學(xué)過(guò)程，其伴生的反應(yīng)熱很容易引起電池組內(nèi)100℃以上的溫差，如不及時(shí)散熱，對(duì)充放電過(guò)程、電池的可靠性和壽命都有極大的負(fù)面影響，電池?zé)嵝?yīng)問(wèn)題也會(huì)影響到整車的性能和壽命。目前對(duì)動(dòng)力電池冷卻主要是:保證充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出;各模塊間溫度分布均勻。

圖2 電池模塊在不同溫度下的性能：a）充電容量，b）溫度升高，c和d）充放電電壓曲線。 圖3 在不同溫度5和10℃下，容量隨循環(huán)數(shù)和放電電壓曲線的變化。

（*1C 的放電電流指的是 1 小時(shí)內(nèi)把這個(gè)容量的電池從滿放空的電流，比如 NCR18650 的 1C 放電就是 3350mA）2、容量衰減快：據(jù)特斯拉公布的數(shù)據(jù)顯示，三元鋰電池在同樣充放電電流下：（1）每次從 0%-100%循環(huán)充放電，900 次后容量已經(jīng)衰減到 55%；（2）每次從 0%-50%的循環(huán)充放電，3000 次后容量依然可以保持 70%。

4.4.3放電冷卻性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 將含有液體熱管理的電源系統(tǒng)置于步入式高低溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)高低溫箱溫度為40℃，相對(duì)濕度50%，當(dāng)電池溫度達(dá)到40℃后，通過(guò)充放電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)以1C進(jìn)行放電，同時(shí)開(kāi)啟液體熱管理系統(tǒng)，對(duì)電池進(jìn)行冷卻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

鋰離子電池衰退模型及仿真4.1 COMSOL 中電池充放電循環(huán)仿真4.1.1 電池充放電循環(huán)邊界條件設(shè)置4.1.2 電池加速衰退設(shè)置4.1.3 電池充放電循環(huán)仿真后處理技巧4.2 鋰離子電池常見(jiàn)衰退現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述4.2.1 負(fù)極 SEI 膜增厚過(guò)程仿真4.2.2 活性鋰損失計(jì)算4.3 鋰離子電池衰退模型構(gòu)建及仿真演示 5.

上圖左側(cè)展示了常規(guī)的鋰電池結(jié)構(gòu)，右側(cè)為Enovix公司專利中的電池結(jié)構(gòu)，紅色箭頭表示電流方向，在充放電過(guò)程中，電池產(chǎn)生的壓力可高達(dá)10.4 Mpa，在持續(xù)工作過(guò)程中，電池內(nèi)部的體積可能會(huì)發(fā)生巨大變化，從而在電池循環(huán)次數(shù)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。Enovix的解決思路是，改變電池的3D結(jié)構(gòu)從而使電流的流動(dòng)面積變小。但這并沒(méi)有完全解決問(wèn)題，由于兩側(cè)體積變化仍然較大，仍存在循環(huán)問(wèn)題。

4.4.3放電冷卻性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 將含有液體熱管理的電源系統(tǒng)置于步入式高低溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)高低溫箱溫度為40℃，相對(duì)濕度50%，當(dāng)電池溫度達(dá)到40℃后，通過(guò)充放電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)以1C進(jìn)行放電，同時(shí)開(kāi)啟液體熱管理系統(tǒng)，對(duì)電池進(jìn)行冷卻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

由于循環(huán)充放電會(huì)損壞蓄電池，且充放電深度越大，對(duì)電池的損傷也越大，然而借助充放電循環(huán)提高車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的效率(例如通過(guò)電動(dòng)運(yùn)行與再生制動(dòng))又是必要的。因此，充電策略的確定與蓄電池大小的選擇將在蓄電池壽命、成本、重量與傳動(dòng)系統(tǒng)的效率之間進(jìn)行折中。蓄電池完全充電至其額定容量時(shí)，SOC為100%。蓄電池電量完全耗盡時(shí)，SOC為0%。

結(jié)果表明，在環(huán)境溫度40℃、冷水入口溫度25℃的條件下，底部液冷TMS已無(wú)法滿足模塊2C充放電倍率下的熱管理要求。相比之下，基于Z型MHPA的TLC TMS可保證模組最高溫度低于55℃，3C充放電倍率下電池與模組液面溫差可控制在4℃以下。基于Z型MHPA的TLC TMS不僅能有效延緩高充放電倍率下電池的溫升，還能顯著降低溫差；其熱管理性能明顯優(yōu)于底部液冷TMS。

不同充放電區(qū)間內(nèi)，LCO/PEO-LiTFSI/Li電池和LAF@LCO/PEO-LiTFSI/Li電池的充放電與DEMS產(chǎn)氣結(jié)果分析。LCO/PEO-LiTFSI/Li電池的DEMS測(cè)試在4.4V之前只能檢測(cè)到微量的氣體，表明PEO的分解可以忽略不計(jì)。這個(gè)結(jié)果與上面的結(jié)論一致，即PEO分解可能不是電池在3.0-4.2V電壓范圍內(nèi)容量衰減的原因。