储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析(2)

标准容量测试的具体步骤：1）用1C倍率电流对电池放电至0％SOC(2.0V)，静置15min；2）用1C倍率电流对电池充电到100％SOC(3.6V)，静置15min；3）用1C倍率电流对电池放电到0％SOC(2.0V)，静置15min；4）重复步骤2）、3）3次，以最后一次的放电容量为电池的实际容量。

循环测试期间控制电池在表1对应的SOC上下限范围以内，记录每次循环的电池输入能量、输出能量，每隔1000次循环，对电池进行容量标定。

2电池能量分析

2.1累积转移能量

图1是磷酸铁锂电池在不同SOC范围内循环，当容量损失达到25％时的累积转移总能量，可以看到电池的累积转移总能量与循环次数近似成线性规律增长，但是增长速度在逐渐变缓，这是因为电池本体的性能衰退所导致的，主要表现为极化内阻的增加、电池可逆容量的损失等。从图1可以定性地看到，虽然放电深度降低，电池的使用寿命得到延长，但是在容量损失程度25％内时，全充全放模式的使用模式要比浅充浅放的使用模式转移的总能量要多，100％DOD比40％DOD多出64.8％的能量。

指前因数E随着放电深度的增加单调递增，可以认为指前因数E反映了电池在对应DOD下的极限累积转移能量总额，即电池保持目前循环过程中的衰退速度不变且始终处于安全工作状态的前提下电池可以转移的最大能量值，它是一个理想值，可以用于定性地评估电池的能量转移能力；结合电池工作原理和电极活性物质的电化学反映机理，电池不可能达到这个理想值，因为电池在循环使用过程中，性能的衰退速度不是恒定的，在经历了缓慢稳步地衰退期之后，会出现性能的急剧恶化，呈现加速老化的状态，并且故障率明显提高。

2.2电池容量损失与能量利用

电池能量转移能力的限制来自两方面：一是由于使用条件，如放电深度、环境温度等，二是由于在使用过程中发生的性能衰退，如电池极化内阻的增加、不可逆容量的损失等，这些造成了电池平台电压的偏离与充放电时间的缩短，最终弱化了电池的能量转移能力。

从图4可知，在容量衰退率达到25％之前，电池的即时容量衰退速度与循环次数成倒抛物线型关系，电池在循环过程中的容量衰退速度呈两个阶段，第一阶段电池衰退速度逐渐降低，表明电池趋向于自稳定的状态；第二阶段电池衰退速度逐渐提高，表明电池开始加速老化的阶段。另内波动时性能变化的特殊性。

将上述公式联立，导出电池累积转移能量与容量衰退的关系，如图5所示，在电池容量衰退至85％之前，深充深放与浅充浅放的使用模式对于电池能量转移能力的影响是相同的，当电池容量衰退至85％~75％时，深充深放的使用模式在电池能量转移上要优于浅充浅放的使用模式。

3结论

通过对能量型磷酸铁锂电池在不同荷电状态范围内长期循环测试的数据分析，得出电池累积转移能量与循环次数的关系符合BoxLucas模型，电池老化现象对电池能量转移能力的影响随着放电深度的增加逐渐减小；电池在循环测试过程中经历了前期逐渐自稳定和后期加速老化的两个不同阶段。在电池长期循环测试过程中的数据分析的基础上，认为深充深放的使用模式在电池能量转移总量和能量效率上均优于浅充浅放的使用模式，。

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