温度对电池性能的影响

2012-11-17 10:37:43   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

  温度是电动汽车动力电源系统中控制的最主要的参数之一,也是影响电池性能的最主要的参数,在电池的所有检测制度中,必须注明温度,原因就是温度对电池性能影响比较大,包括电池的内阻、充电性能、放电性能、...

  温度是电动汽车动力电源系统中控制的最主要的参数之一,也是影响电池性能的最主要的参数,在电池的所有检测制度中,必须注明温度,原因就是温度对电池性能影响比较大,包括电池的内阻、充电性能、放电性能、安全性、寿命等。

温度对放电性能的影响
  温度对放电性能的影响直接反应到放电容量和放电电压上。温度降低,电池内阻加大,电化学反应速度放慢,极化内阻迅速增加,电池放电容量和放电平台下降,影响电池功率和能量的输出。
  以80A·h的镍氢电池放电为例,常温下将电动汽车电池充满电,在不同温度下以1C电流放电,容量与温度的关系如图5-1所示。在一20℃,放电容量比较低,在20℃时,放电容量最大,再随着温度升高,放电容量降低,但中高温的放电容量明显比低温时放电容量大,说明中高温放电性能强于低温放电性能。这是因为温度高,有利于合金中氢原子的扩散,提高了合金动力学性能,同时电解液KOH的导电率随温度升高而增加,在高温下电解质导电率大,电流迁移能力强,迁移内阻减小,电流充放电性能增强。


 

  温度对过电势的影响较为显著,温度越高,过电势越小,电极反应越容易进行。这是因为电极放电反应过电势由两个因素决定:①合金与电解液接触面上的电荷转移阻力;②氢原子从合金本体到表面的扩散阻力。温度升高使氢原子扩散和电荷转移速度加快,促进电极反应的进行,反应过电势减小,因而电池的放电容量升高,同样,在高温情况下,电池的放电功率能力也会有所上升。而在低温(一20℃)条件下,电池的放电性能差于室温时的放电性能,主要是金属氢化物低温下过于稳定、电化学反应阻抗加大引起的。同时,低温情况下,电池的欧姆内阻也增大,影响电池放电功率的输出。
  对于锂离子电池,同样低温条件下放电容量急剧下降,但在高温情况下放电容量并不比常温低,有时还会略高于常温容量,主要是高温情况下锂离子迁移速度加快,锂电极不像镍电极和和贮氢电极那样在高温情况下产生分解或形成氢气使容量下降。电池模块低温放电时,随着放电的进行,由于电阻等原因产生热量,使电池温度升高,表现为电压有抬升现象,随着放电的进行,电压再逐渐下降。如图5-1磷酸铁锂锂离子电池的放电曲线所示。
  图5—2为Ni/MH电池在不同温度下的内阻和放电能量曲线。


 


  从图中可以看到,在所测温度范围内,低温条件下电池内阻较高,随着温度的升高内阻越来越低。在低温一20℃的条件下,电池直流内阻甚至为常温25℃时的3倍,为高温55℃条件下的4倍。而放电能量的变化情况基本上与内阻的变化趋势相反。
  图5-3是镍氢电池和磷酸铁锂电池在不同温度下的放电效率实验。当温度超过50℃时,镍氢电池充电效率和电池寿命都会大大衰减,在低温状态下,电池的放电能力也比正常温度小得多。在温度高于40℃或者温度低于0℃时,电池的放电效率显著降低。而磷酸铁锂锂离子电池在低温情况下,放电效率会迅速下降,高温情况下与常温比较无明显差别。
  温度的补偿公式一般按公式(3-35)来进行。对于常用的电动汽车铅酸蓄电池,补偿系数通常取0.007/℃,即温度每下降1℃容量下降0.7%左右,Ni/MH电池一般取0.0034,但在高温情况下,自放电等比较严重,放电容量表现同样为下降,不能按此公式补偿。锂离子电池一般取0.25%-0.3%,高温时可以按此公式进行补偿,低温时由于影响因素比较多,不能按此公式或系数进行补偿。
  低温启动性能是电动汽车电源系统目前存在的主要问题之一。目前还没有任何一种动力电池能够达到车辆的启动要求(主要是混合电动汽车),这是目前电池研究者的主要内容之一。

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