鋰離子電池預充電與充放電特性試驗

2022/08/26

-1. 預充電與充放電特性試驗


為了防止電解液注液後負極集流體析出,必須儘快進行預充電。預充電使用的充放電試驗器需要充分滿足輸出電壓和電流容量的要求。電池單體注液後,電池電壓可能出現負電位元的情況,因此充放電試驗器最好搭載有負電壓充電功能。

預充電透過一個小電流值,在負極表面形成一個均勻的 SEI 膜(Solid Electrolyte Interphase)。另外,SEI膜會在重複充放電的過程中慢慢地變厚。可以透過阻抗變化來判斷SEI膜的形成狀態。

為了評估各種各樣的電池特性,充放電試驗器需要有多種充放電模式。而最基本的容量測量,是恒流恒壓(CC-CV)模式充電和恒流(CC)模式放電。此外,脈衝充放電模式可以類比例如手機這種短時間大電流的機器的實際負載情況,按其電流模式進行放電,類比實際使用時的容量檢測。還有可以類比實際負載情況做更詳細類比試驗的充放電試驗器,比如可以模擬逆變器電流的高頻紋波。除此之外,根據電池的用途不同,還有額定電阻放電模式和額定功率模式等,可以進行類比實際使用狀態的試驗。

電池內部電阻是瞭解電池狀態的重要指標。測量內部電阻有交流法和直流法兩種方法。交流法對電池施加交流信號,通過測出電流和電壓的變化從而算出阻抗。與此相對的,直流法是用開始或放電停止瞬間測得的電壓和電流的變化,計算出電阻值的方法。因此在直流法測內部電阻時,最好使用能夠迅速切換電流供給狀態的,並且能測到電壓高速變化狀態的充放電試驗器。

因為電池特性會隨溫度而發生變化,所以電池溫度管理對充放電特性試驗而言很重要。因此為了正確地調查電池特性,恒溫箱不可欠缺。一般在恒溫箱達到設定溫度後,需要設定一個靜置時間,使電池內部溫度也達到均衡。需要根據電池的體積(熱容量)決定靜置時間。

也有搭載了放電功率回生再利用功能的充放電試驗器,放電功率在系統側再生後可以直接利用為充電電流。因為充放電試驗器會消耗大量的功率,再生功能可以節省能源和降低放熱。

充放電試驗器最大輸出功率,根據電池單體,電池模組,電池包的使用方式不同會有很大區別。可以以滿足目標的輸出電壓和充放電電流作為選擇的基準。


參考文獻

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