基于二阶段放电试验的磷酸铁锂电池的Peukert模型(2)

分叉趋势说明一个电池表现如同是两个不同的电池一样,p将在一个范围内波动,而不是一个非常确定的数值。这反映了电池内部状态变化的不确定性,也就是说容量不稳定。这可能与锂离子电池的电压滞后效应(voltagedelayeffect)[7-9]有关,在

图4　可用电量比值与倍率比值的关系(分段拟合,分叉)

3.3　剩余电量与倍率的关系模型

类似地,根据第一阶段放电的剩余电量的Peukert模型(缩写为PE2),

　298清华大学学报(自然科学版)2010,50(2)

大电流的冲击及温升的作用下,活性物质表面的阻抗性的界面膜(SEI)可能产生随机破坏,更多的锂离子可以从材料内部释放出来参与反应,影响了充电或放电进程。

对数域的非线性趋势说明了大电流下总容量有所上升,这与电流增加可放出电量下降以及Coulomb效率下降的大趋势背道而驰。推测这与大电流放电下电池的发热较大有关,锂离子电池的功率/能量密度大,体积和热容量均相对较小,在大电流下温升明显。温度升高会提高活性物质活性,降低扩散阻力,锂离子在正负极材料中的嵌入与脱嵌及扩散变得容易,温度效应必然也明显。Doerffel和Sharkh[2]认为Peukert的经验公式只适合于恒流、恒温状态下,否则不能准确预测电池的荷电状态。一方面准确估计p,需要容量试验尽量在恒温条件下做;另一方面,避免的,,p=1.1.06。与

Peukert形式的模型(PE2)反映了不同电流下电池

内部扩散和浓差效应及在此影响下的剩余电量。与前面2个模型完全不同,此模型的Peukert系数小于1,表明剩余电量随着电流增大的特性。

本文中LFP电池(最大)可用电量与倍率对数域的关系曲线同时存在分叉、非线性(分段)趋势。前者说明了该电池容量、内阻等内在特性受到温度、电流等因素的影响存在波动的特点,对应到Peukert系数存在一个变化范围,大致为p3=1.01～1.06。后者非线性(分段)趋势,也就是大电流

段电量倍率关系曲线存在弯曲及上翘,则说明了可能电流温度效应会导致LFP电池的可用电量增大。因此,,建议应用分段　(References)

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铅酸蓄电池的～34(Peukert测得的平均

值1.47[2])、镍镉蓄电池的1.14比起来小很多。

这说明了LFP电池对于大电流输出能力较好,Coulomb效率较高,可用电量较大。

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4　结　论

LFP电池可用电量、最大可用电量、剩余容量

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与放电电流之间均存在符合Peukert模型的乘幂关系。

可用电量,即单一阶段放电的可用容量,其Peukert模型(PE1)受电荷损耗及剩余容量的影响,不适于描述损耗较小而剩余容量较大的电池。最大可用容量,即二阶段放电的总容量,其Peukert模型(PE3)基本消除了剩余容量的影响,反映了电流倍率与电荷损耗/Coulomb效率因素的关系。LFP电池的Peukert系数较小,远远小于镍镉、铅酸蓄电池,说明了其电量损失较小、Coulomb效率较高。大电流对其Coulomb效率影响较小。由此也可见,对于锂离子电池在安时积分法基础上应用修正方法是合适的。

剩余容量,即第二阶段小倍率放电容量,其

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