收稿日期：2022-01-17

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（62273313）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（222102240005）；河南省青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（2021GGJS089）；

鄭州市協(xié)同創(chuàng)新專項(xiàng)（2021ZDPY0204）

通信作者：申永鵬（1985—），男，博士、副教授，主要從事智能電網(wǎng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理、控制與優(yōu)化方面的研究。shenyongpeng@zzuli.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0078 文章編號(hào)：0254-0096（2023）06-0061-10

摘 要：以鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰4種鋰離子動(dòng)力電池為研究對(duì)象，建立測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，綜合電流曲線、放電倍率和環(huán)境溫度等工況因素，研究運(yùn)行工況對(duì)4種鋰離子動(dòng)力電池可用能量、溫升的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：溫度是影響電池可用能量的主要因素之一，鈦酸鋰電池可用能量受溫度影響最小，磷酸鐵鋰電池受溫度影響最大；放電倍率是影響電池可用能量的另一個(gè)關(guān)鍵因素，隨著放電倍率的增加，4種電池可用能量均出現(xiàn)不同程度的衰減；階躍電流或階躍放電頻率對(duì)鎳鈷錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池的可用能量具有較大影響。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池；電流特征；環(huán)境溫度；可用能量；溫升

中圖分類號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著以“碳達(dá)峰、碳中和”為核心的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展總目標(biāo)的提出，發(fā)展電網(wǎng)儲(chǔ)能，支撐高比例可再生能源接入和消納迫在眉睫［1-2］。由于具有高能量密度、長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)點(diǎn)，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能已成為新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，作用于發(fā)電側(cè)可削峰填谷；作用于輸變配環(huán)節(jié)可調(diào)節(jié)無功；作用于用電側(cè)可響應(yīng)電網(wǎng)功率調(diào)度要求，參與電力交易［3-6］。

充放電電流是鋰離子電池工作過程中重要的參數(shù)，揭示不同電流特征對(duì)電池性能的影響，是開展鋰離子電池建模、荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）準(zhǔn)確估算和電池管理系統(tǒng)開發(fā)的重要前提，也是提升電池系統(tǒng)性能、保證安全、延長(zhǎng)壽命的重要保障。

新能源發(fā)電受運(yùn)行工況影響，其能量供給頻繁波動(dòng)、輸變配環(huán)節(jié)無功功率消耗以及用電側(cè)電力電子開關(guān)器件高頻動(dòng)作都將進(jìn)一步惡化電池工作環(huán)境。鋰離子電池必須提高不同倍率下的放電能力以適應(yīng)工況需求。因此，分析不同放電電流特征對(duì)電池性能的影響至關(guān)重要。

目前，關(guān)于電流特征對(duì)鋰離子電池性能影響的研究主要集中在不同倍率充放電特性、高低溫放電特性及高頻電流對(duì)鋰離子電池壽命影響［7-16］。文獻(xiàn)［7-8］研究鋰離子電池充放電效率的影響因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明倍率升高會(huì)加劇電池極化，降低充放電效率；充電倍率升高還會(huì)造成電池溫度上升，內(nèi)部溫度不均勻性加大。文獻(xiàn)［10-11］表明鋰離子電池外特性易受環(huán)境溫度影響，當(dāng)電池以小倍率電流放電且工作溫度高于30 ℃時(shí)，溫度對(duì)電池放電性能的影響逐漸減?。划?dāng)電池放電溫度為-10 ℃時(shí)，其2C倍率放電容量衰減高達(dá)50%。文獻(xiàn)［13］表明高頻負(fù)載下鋰離子無法在陽極和陰極之間快速地遷移，鋰離子在陽極表面以金屬鋰的形式沉積，最終導(dǎo)致自由鋰離子的減少，形成不可逆的容量損失。

文獻(xiàn)［17］表明電流紋波不會(huì)影響鋰離子電池壽命；文獻(xiàn)［18］研究頻率為0.001～100 kHz的純交流電流對(duì)鈷酸鋰（LCO）電池容量衰減的影響，所得的阻抗譜和仿真結(jié)果表明，低于10 Hz的頻率會(huì)加速電池壽命衰減；文獻(xiàn)［19-20］使用直流疊加交流電對(duì)15個(gè)鎳鈷鋁酸鋰電池進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，其中交流頻率在0、10、55、254和14800 Hz之間變化，結(jié)果表明，電池在高頻循環(huán)時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)界面發(fā)生變化，加快電池的容量衰減和阻抗上升。關(guān)于電流特征對(duì)鋰離子電池壽命的影響，上述研究并未得出一致的結(jié)果。

本文針對(duì)不同電流特征對(duì)鋰離子電池可用能量和溫度的影響，在分析鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰4種常見鋰離子電池的基本特征的基礎(chǔ)之上，搭建實(shí)驗(yàn)裝置并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，揭示了充放電倍率、頻率等電流特征對(duì)可用能量和溫度的影響，為鋰離子電池建模、高精度SOC估算和電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了支撐。

1 鋰離子電池特性分析

1.1 鋰離子電池

鋰離子電池是二次電池，依靠鋰離子在兩個(gè)電極之間嵌入與脫嵌進(jìn)行能量交換。其由正極、負(fù)極、隔膜和電解液構(gòu)成，并根據(jù)正極或負(fù)極材料進(jìn)行命名。目前常見的鋰離子電池有鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NCM）、鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或NCA）、磷酸鐵鋰（LiFePO4或LFP）、鈦酸鋰（Li4Ti5O12或LTO）等。

如圖1所示，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，鋰離子電池等效電路可描述為：

[U0t=Et-iR·Rp-it，ZSOCR0] （1）

式中：[U0t]——電動(dòng)勢(shì)；[Et]——開路電壓；[iR]——流經(jīng)[Rp]的電流；[Rp]——極化電阻；[it，ZSOC]——開路電流；[R0]——電池內(nèi)阻。

鋰離子電池荷電狀態(tài)為：

[ZSOC=ZSOC0-ηiQidt] （2）

式中：[ZSOC0]——初始荷電狀態(tài)；[η]——充放電效率；[Qi]——電池總?cè)萘俊?/p>

1.2 鋰離子電池基本參數(shù)

鎳鈷錳酸鋰電池、鎳鈷鋁酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池的SOC-電壓及綜合性能比較分別如圖2和圖3所示。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)流程

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

為驗(yàn)證電流特征對(duì)鋰離子電池可用能量及溫升的影響，

搭建如圖4所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，圖5為實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖。實(shí)驗(yàn)設(shè)備由ARBIN LBT21084電池測(cè)試系統(tǒng)、恒溫箱、隔熱箱等構(gòu)成。鋰離子電池采用兩節(jié)18650單體并聯(lián)，單體型號(hào)及相關(guān)參數(shù)如表1所示。

2.2 恒流、階躍放電電流對(duì)可用能量影響實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要用于揭示恒溫條件下恒流、階躍電流對(duì)電池可用能量的影響，具體流程為：

1）將恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃。

2）將4種測(cè)試電池放置于恒溫箱并靜置1 h。

3）將4種電池以恒流恒壓（0.5C）充電至截止電壓（鎳鈷錳酸鋰4.2 V、鎳鈷鋁酸鋰4.2 V、磷酸鐵鋰3.65 V和鈦酸鋰2.85 V）后靜置1 h；下文中，以上流程統(tǒng)稱“充電流程”。

4）分別采用0.6C恒流、0.6C階躍（周期內(nèi)放電電流平均值為0.6C）放電至4種電池放電截止電壓（鎳鈷錳酸鋰2.75 V、鎳鈷鋁酸鋰2.5 V、磷酸鐵鋰2.5 V和鈦酸鋰1.2 V），記錄4種電池可用能量、端電壓、溫度等數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)所得鎳鈷錳酸鋰在不同電流特征下放電容量與電壓曲線如圖6所示，可知該電池在恒流狀態(tài)下SOC達(dá)到標(biāo)稱容量98.41%（17.899 Wh），較0.6C階躍工況下的96.40%（17.580 Wh）提高1.81%。

實(shí)驗(yàn)所得鎳鈷鋁酸鋰在不同電流特征下放電容量的電壓的關(guān)系曲線如圖7所示，可知該電池在0.6C恒流狀態(tài)下SOC達(dá)到標(biāo)稱容量91.11%（21.705 Wh），0.6C階躍工況為92.70%（21.828 Wh）。階躍工況可用能量高于恒流放電，且25 ℃恒溫環(huán)境下溫升基本一致。實(shí)驗(yàn)所得磷酸鐵鋰電池在不同電流特征下放電容量與電壓的關(guān)系曲線如圖8所示，可知該電池在恒流狀態(tài)下SOC達(dá)到標(biāo)稱容量90.81%（6.336 Wh），較0.6C階躍工況89.20%（6.190 Wh）提高2.36%。

實(shí)驗(yàn)所得鈦酸鋰電池在不同電流特征下放電容量與電壓曲線如圖9所示，可知該電池在0.6C恒流狀態(tài)下SOC達(dá)到100.10%（6.987 Wh），0.6C階躍工況為100.16%（7.109 Wh），階躍工況放電效率高于恒流放電。

2.2.1 不同倍率恒流放電實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要用于揭示恒溫條件下不同倍率恒流放電對(duì)可用能量的影響，具體流程為：

1）執(zhí)行充電流程。

2）分別采用各自放電倍率的0.2、0.4、0.6、0.8C放電至截止電壓（鎳鈷錳酸鋰2.75 V、鎳鈷鋁酸鋰2.5 V、磷酸鐵鋰2.5 V和鈦酸鋰1.2 V），并記錄端電壓、累計(jì)可用能量、溫度數(shù)據(jù)。

鎳鈷錳酸鋰電池放電容量與電壓曲線如圖10所示。在放電容量相同的情況下，放電倍率越大，鋰離子電池端電壓越低、溫升越高、可用能量越低，0.8C可用能量約為0.2C可用能量的93.94%。

鎳鈷鋁酸鋰放電容量與電壓曲線如圖11所示。在放電容量相同的情況下，放電倍率越大，鋰離子電池端電壓越低、溫升越高、可用能量越低，0.8C可用能量?jī)H為0.2C可用能量的92.70%。圖12和圖13分別為磷酸鐵鋰和鈦酸鋰電池不同倍率放電容量-電壓曲線。4種電池中磷酸鐵鋰電池受倍率影響最明顯，其0.8C可用能量?jī)H為0.2C可用能量的91.4%。

2.2.2 平均電流相等周期不同放電實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要用于揭示恒溫條件下平均電流相等周期不同放電對(duì)可用能量的影響。

1）執(zhí)行充電流程。

2）分別采用各自放電倍率0.6C（周期為1、4和16 s），周期內(nèi)平均電流相等狀態(tài)下放電至各種電池放電截止電壓（鎳鈷錳酸鋰2.75 V、鎳鈷鋁酸鋰2.5 V、磷酸鐵鋰2.5 V和鈦酸鋰1.2 V），記錄端電壓、累計(jì)可用能量、溫度數(shù)據(jù)。

鎳鈷錳酸鋰放電實(shí)驗(yàn)曲線如圖14所示，該電池在以不同頻率放電時(shí)頻率越低可用能量較多，而如圖10所示，其0.6C恒流時(shí)可用能量達(dá)到17.899 Wh。

鎳鈷鋁酸鋰放電實(shí)驗(yàn)曲線如圖15所示，該電池在以不同頻率放電時(shí)頻率影響較不明顯，誤差在0.2%以內(nèi)。

磷酸鐵鋰放電實(shí)驗(yàn)曲線如圖16所示，可得該電池在以不同頻率放電時(shí)周期4 s可用能量最低。

鈦酸鋰放電實(shí)驗(yàn)曲線如圖17所示，可得該電池在以不同頻率放電時(shí)可用能量大致相同，周期4 s可用能量最低。

2.2.3 不同溫度下放電實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要用于揭示不同環(huán)境溫度下放電對(duì)可用能量的影響。

1）將恒溫箱溫度依次設(shè)定為-15、0、15、25、30 ℃，并執(zhí)行充電流程。

2）分別采用0.6C恒流放電至各種電池放電截止電壓（鎳鈷錳酸鋰2.75 V、鎳鈷鋁酸鋰2.5 V、磷酸鐵鋰2.5 V和鈦酸鋰1.2 V），并記錄端電壓、累計(jì)可用能量數(shù)據(jù)。

圖18為不同溫度下鎳鈷錳酸鋰[SOC]與放電電壓、容量間的關(guān)系，可看出：溫度高時(shí)可用能量較多，隨著溫度降低可用能量明顯下降，-15 ℃時(shí)可用能量約為30 ℃時(shí)的73.69%。

圖19為不同溫度下鎳鈷鋁酸鋰SOC與放電電壓、容量間的關(guān)系，可看出：溫度高時(shí)可用能量較多，隨著溫度降低可用能量明顯下降，-15 ℃時(shí)可用能量約為30 ℃時(shí)的65.40%。

圖20為不同溫度下磷酸鐵鋰[SOC]與放電電壓、容量間的關(guān)系，可看出：溫度高時(shí)可用能量較多，隨著溫度降低可用能量明顯下降，-15 ℃時(shí)可用能量約為30 ℃時(shí)的42.50%。

圖21為不同溫度下鈦酸鋰[SOC]與放電電壓、容量間的關(guān)系，可看出：溫度高時(shí)可用能量較多，隨著溫度降低可用能量明顯下降，-15 ℃時(shí)可用能量約為30 ℃時(shí)的75.57%。

2.3 恒流、階躍放電電流對(duì)電池溫升的影響實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)主要用于揭示恒流、階躍電流特征對(duì)電池溫度的影響，具體流程為：

1）將恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃，并將4種測(cè)試電池放置于恒溫箱靜置1 h。

2）將4種電池以恒流恒壓（0.5C倍率）充電至充電截止電壓（鎳鈷錳酸鋰4.2 V、鎳鈷鋁酸鋰4.2 V、磷酸鐵鋰3.65 V和鈦酸鋰2.85 V）后靜置1 h并置于隔熱箱中，將測(cè)溫探頭安裝于電池組中心位置。

3）分別采用0.6C恒流、0.6C階躍（周期內(nèi)平均電流倍率為0.6C）工況下放電至截止電壓（鎳鈷錳酸鋰2.75 V、鎳鈷鋁酸鋰2.5 V、磷酸鐵鋰2.5 V和鈦酸鋰1.2 V），并記錄端電壓、溫度、累計(jì)可用能量數(shù)據(jù)。

如圖22所示，在恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃條件下，包裹隔熱箱的鎳鈷錳酸鋰電池在0.6C恒流、0.6C階躍工況下可用能量分別達(dá)到18.250、18.066 Wh，整個(gè)過程中恒流放電時(shí)溫升略高于階躍放電，可知階躍放電對(duì)其溫升影響可忽略。

如圖23所示，在恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃條件下，包裹隔熱箱的鎳鈷鋁酸鋰電池在0.6C恒流、0.6C階躍工況下可用能量分別達(dá)到22.961、22.791 Wh，整個(gè)過程中階躍放電時(shí)溫升略高。

如圖24所示，在恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃條件下，包裹隔熱箱的磷酸鐵鋰電池在0.6C恒流、0.6C階躍工況下可用能量分別達(dá)到6.621、6.625 Wh，整個(gè)過程中階躍放電時(shí)溫升略高。

如圖25所示，在恒溫箱溫度設(shè)定為25 ℃條件下，包裹隔熱箱的鈦酸鋰電池在0.6C恒流、0.6C階躍工況下可用能量分別達(dá)到7.362、7.309 Wh，整個(gè)過程中階躍放電時(shí)溫升略高，最終溫度基本一致。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 恒流、階躍放電電流對(duì)可用能量影響

鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻（圖1中[R0]）主要為電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分的接觸電阻，且與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)等相關(guān)［21-22］。極化電阻（圖1中[Rp]）是指電池的正極與負(fù)極在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)極化所引起的內(nèi)阻，包括歐姆極化（瞬時(shí)）、電化學(xué)極化（微妙級(jí)）和濃度差極化（秒級(jí)）。恒流或階躍放電在一個(gè)周期內(nèi)電流相等，因此4種動(dòng)力電池階躍放電時(shí)內(nèi)阻[R0]與極化電阻[Rp]會(huì)發(fā)生改變，可用能量將發(fā)生變化［19，23］。

由表2可知，在不考慮電流特征對(duì)電池壽命影響的前提下，4種電池表現(xiàn)略有差異：鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰電池在0.6C恒流狀態(tài)下可用能量較多，較階躍工況分別提高1.815%和2.360%；而鎳鈷鋁酸鋰、鈦酸鋰在0.6C階躍狀態(tài)下可用能量較多，較恒流工況分別提高0.570%和1.746%。綜上，電流特征對(duì)磷酸鐵鋰電池影響最大，鎳鈷鋁酸鋰受其影響最小。

3.2 不同倍率恒流放電對(duì)可用能量的影響

鋰離子動(dòng)力電池正極材料中導(dǎo)電劑的含量對(duì)大倍率放電性能有重要影響［20，24］。動(dòng)力電池大倍率放電時(shí)正極導(dǎo)電劑不足導(dǎo)致電子無法有效轉(zhuǎn)移，活性物質(zhì)之間極化電阻迅速增大，導(dǎo)致鋰離子動(dòng)力電池端電壓迅速下降至放電截止電壓［25］。

25 ℃溫度下，不同放電倍率下放電容量如表3所示。磷酸鐵鋰電池受倍率影響最明顯，其0.8C可用能量?jī)H為0.2C可用能量的91.4%。

3.3 平均電流相等周期不同對(duì)可用能量的影響

在階躍放電過程中活性物質(zhì)、電解液濃度和電池溫度都在改變，因此內(nèi)阻與極化內(nèi)阻都是變化的［24］。極化電阻一般隨電流密度對(duì)數(shù)的增加而增大，且不同材料動(dòng)力電池中極化電阻中濃度極化變換較慢，會(huì)對(duì)極化電阻產(chǎn)生一定影響，因此4種動(dòng)力電池在平均電流相等周期不同對(duì)可用能量具有一定的影響。

由表4可知，鎳鈷錳酸鋰電池可用能量隨周期時(shí)間增大而增大（恒流時(shí)達(dá)到18.250 Wh），周期為1 s時(shí)可用能量?jī)H為恒流時(shí)的94.10%。鎳鈷鋁酸鋰與磷酸鐵鋰整體誤差在2%以內(nèi)，鈦酸鋰電池對(duì)頻率影響低于0.7%。

3.4 溫度對(duì)可用能量的影響

溫度變化影響鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)部的活性物質(zhì)。動(dòng)力電池室溫狀態(tài)下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電池的極化基本一致。但是在低溫環(huán)境下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，不僅鋰離子的擴(kuò)散明顯受到溫度的限制，而且電池內(nèi)部極化受溫度的影響也逐漸增大，電池的可放電容量會(huì)有大幅衰減，充放電電壓平臺(tái)也會(huì)變短［26］。所以在低溫環(huán)境下，采取小倍率的放電不僅有利于減小因環(huán)境溫度造成的容量衰減，也可減緩電池內(nèi)部極化的加深，盡可能延長(zhǎng)電池壽命。

溫度變化影響鋰離子電池內(nèi)部的活性物質(zhì)利用率，由圖18～圖21和表5可知可用容量也隨之變化，從不同溫度下放電容量間的關(guān)系可看出：4種鋰離子電池隨著溫度的下降，溫度低于15 ℃電池端電壓下降特別明顯。磷酸鐵鋰電池在-15 ℃時(shí)，電壓平臺(tái)降至2.8 V，隨著SOC的下降，鋰離子電池電壓平穩(wěn)降低，不過當(dāng)SOC低于60%以后，放電容

量會(huì)迅速達(dá)到飽和，可用容量?jī)H為30 ℃時(shí)的42.50%；鈦酸鋰電池溫度特性較好，-15 ℃時(shí)可用能量依然達(dá)到30 ℃時(shí)的75.57%。由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，溫度特性由好至差順序?yàn)椋衡佀徜囯姵?、鎳鈷錳酸鋰電池、鎳鈷鋁酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池。因此在對(duì)鋰離子電池放電期間必須選擇合適的環(huán)境溫度，這樣有利于放出更多電能。

3.5 電流特征對(duì)電池溫升的影響

鋰離子動(dòng)力電池放電時(shí)產(chǎn)熱均為化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱，包含以下3部分：1）電化學(xué)反應(yīng)放熱；2）極化產(chǎn)熱；3）焦耳熱［27］。鋰離子動(dòng)力電池放電時(shí)鋰離子發(fā)生運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散是極化產(chǎn)熱主要原因，對(duì)于極化過程，包含電阻、濃差與電化學(xué)3種［28-29］。

4種鋰離子電池放電溫升結(jié)果如表6所示。溫升實(shí)驗(yàn)后，4種鋰離子電池最終溫度差異較大，同種電池階躍放電與恒流放電溫升差異較小。鎳鈷鋁酸鋰電池0.6C階躍電流溫升較高，其他3種電池溫升基本一致。因此對(duì)鋰離子電池放電期間必須準(zhǔn)確測(cè)量鋰離子電池的溫度，并進(jìn)行充分散熱，避免溫度太高，影響電池性能，造成電池永久性破壞。

4 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析表明，不同電流特征對(duì)鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰4種鋰離子動(dòng)力電池可用能量、溫升的影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）溫度是影響鋰離子電池可用能量的主要因素，當(dāng)溫度低于15 ℃，4種鋰離子電池端電壓都出現(xiàn)明顯降低。磷酸鐵鋰電池在-15 ℃時(shí)可用容量?jī)H為30 ℃時(shí)的42.5%。4種鋰離子電池溫度特性由好至差排序?yàn)椋衡佀徜?、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰。

2）放電倍率是影響鋰離子電池可用能量的另一個(gè)主要因素。放電電流越大電池內(nèi)阻分壓越多，導(dǎo)致其溫度升高。在25 ℃、0.8C恒流狀態(tài)下鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰分別為0.2C恒流狀態(tài)下的93.94%、92.70%、91.40%和95.96%。

3）放電電流頻率對(duì)4種鋰離子電池影響有明顯差異。鎳鈷錳酸鋰電池可用能量隨周期時(shí)間增大而增大，周期為1 s時(shí)可用能量?jī)H為恒流時(shí)的94.10%。鎳鈷鋁酸鋰與磷酸鐵鋰受頻率影響容量差異在2%以內(nèi)，鈦酸鋰電池受頻率影響容量差異低于0.7%。

4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①鎳鈷錳酸鋰電池適用于恒流放電或放電電流穩(wěn)定的使用場(chǎng)景；②鎳鈷鋁酸鋰電池恒流或階躍放電對(duì)其可用能量影響不明顯，且溫度特性較好，適用場(chǎng)景廣泛；③磷酸鐵鋰電池相同倍率時(shí)溫升較低，適用于散熱性能較差的使用環(huán)境；④鈦酸鋰電池階躍放電時(shí)較恒流時(shí)可用能量較高，且其在放電倍率、低溫度和溫升方面較其他3種鋰離子動(dòng)力電池有較大優(yōu)勢(shì)，適用于混合動(dòng)力汽車的峰值電源裝置。

作為電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，受制造工藝、材料配比等因素的影響，鋰離子電池特性個(gè)體差異較大。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅能反映不同電化學(xué)類型電池的總體特性，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)因廠家、型號(hào)的不同而產(chǎn)生差異，這是本文研究的不足。

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RESEARCH ON INFLUENCE OF CURRENT CHARACTERISTICS ON PERFORMANCE OF LITHIUM-ION BATTERY

Shen Yongpeng1，Sun Songnan1，Sun Jianbin1，Sun Dong1，Tang Yaohua2，Wang Yanfeng1

（1. College of Electrical and Information Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou 450002， China；

2. Rundian Energy Science Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：Four types of lithium-ion batteries， namely， nickel cobalt manganese oxide（NCM）， nickel cobalt aluminum oxide（NCA）， lithium iron phosphate（LFP）， and lithium titanate（LTO）， are used as the research objects to establish a test experimental platform，" an experimental procedure is designed， and different current characteristics and environmental temperatures are studied. The discharging current curve， discharging rate， and temperature are considered to explore the effect of operating conditions on available energy and temperature rise of four types of lithium-ion power batteries. The experimental results show that temperature is one of the main factors affecting the available energy of the battery， in which the available energy of the LTO battery is least affected by temperature， and the LFP battery is most affected. The discharge rate is another key factor affecting the available energy of the battery. With the increase of discharge rate， the available energy of the four types batteries attenuates to different degrees. The step current or step discharge frequency may have a greater impact on the available energy of NCM battery and LFP battery.

Keywords：lithium-ion battery； current characteristics； environmental temperatures； available energy； temperature rise