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由于近几年受环境污染影响，各个国家加大了新能源研究和开发力度，尤其是在电动汽车领域，以期望通过新能源带动国民经济获得进一步发展。但是，从实际情况来看，电动汽车所使用电池依然以磷酸肽锂电池为主，但是磷酸肽锂电池已经无法满足现代电动汽车发展要求。而三元材料Li（NixCoxMnx）O2电池、LiCoO2、LiMn2O4所体现出来的高比容量、循环性能和高安全性，正是未来电动汽车发展的主要选择。
1.三元圆柱动力锂离子电池概述
本文选择可产业化电动车用三元电池作为研究对象，并从电池组的层面出发，对其在低温状态下电池组的性能进行试验和分析，最终为整车低温性能开发提供可靠依据。
电池使用状态下的环境温度，都将会对电池容量、功率等性能造成一定影响。需要注意的是，本文研究中低温是普遍使用的工况。
2.三元材料电池低温性能试验方法
针对单体锂离子电池，主要是借助测试系统对其充电、放电性能展开测试，并借助监控软件对本次测试的各项数据进行分析和保存。其中测试系统主要由机柜、放电模块、放电模块、上位PC机测试软件而构成；测试系统包含动力电池组测试系统和大型高低温交变湿热试验箱，均由美国生产。
1电池组直流内阻测试方法
对电池组直流内阻进行测试，主要是建立在容量测试数据基础上。在SOC分别处于100%、90%…10%状态下，运用整车加速下最高输出功率所对应的平均放电电流，参考HPPC方法，计算出直流内阻值。
2电池组低温功率测试方法
结合所得到的容量测试数据，对电池组实施放电，并分别测试SOC处于90%、60%、30%、20%和10%的功率值，并分别计算出处于5 s和10 s的放电功率。
3电池组容量、能量测试方法
当温度处于25℃时，需要对电池组进行充电，使其达到最高允许充电电压。然后进行降温和工况放电，当放电达到最低允许值时，需要对放电的容量和能量进行记录和保存。
3.试验结果分析
1电池规格
选取两款电池对其容量和额定电压进行研究，两款电池组的容量和额定电压非常的接近，这时候对电池组的性能展开测试，然后比较不同材料的低温性能，进而得到三元材料在低温性能方面所体现出的优点。
2电池组低温容量、能量性能测试分析
同样处于低温条件下，与磷酸铁锂电池相比较，三元电池组无论是能量效率，还是容量效率都明显要高于前者。并且随着温度持续下降，容量和能量效率下降速度也要低于前者，这也表明低温条件下，三元电池组性能明显要优于磷酸铁锂电池组。导致这一情况出现的主要原因在于：（1）一、三元材料电池能量密度比较高，在与磷酸铁锂电池组处于相同情况时，能量效率明显更高；（2）二、三元材料内阻比较大，所释放热量也比较高，由于电池组内部排列比较密集，热量释放效果就会下降，进而使电芯表面温度不断升高，其放电能力也会提升。
伴随着环境温度不断降低，磷酸铁锂电池组和三元电池组的容量、能量效率都呈现出不断下降趋势。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆究其原因还需要从动力学角度进行解释：一旦环境温度出现降低趋势，电池内部氧化还原速率就会不断降低，而电池内阻则呈现不断上升趋势，导致放电容量处于降低趋势。与此同时，电池随着环境温度下降，受自动加热效应影响，电池的电压会出现先极速下降，后慢慢稳定状态。
3电池组低温直流内阻测试分析
在对电池组开展放电电流快速切换时，可以在极短的时间内对放电电流进行改变，相对应测试设备也能够结合所得到瞬变值，得到一个近似直流内阻值。
在不同温度下，测试三元电池组直流内阻，结果见下图表3：
受到离子浓度变化影响，就会出现浓差极化内阻。正因为如此，随着环境温度不断降低，电池内部离子活性、离子浓度也会大幅度降低，而电池内阻则呈现出上升趋势。其中需要注意的是，直流内阻主要包含欧姆、浓差极化和活化极化内阻三部分内容，并且欧姆内阻受电池材料所影响。从侧面上来说，只要欧姆内阻确定了，其值就不会发生改变。
4电池组低温功率性能比较
在环境温度不断降低背景下，磷酸铁锂电池组和三元电池组功率值都在降低，导致这一现象出现的原因是：温度降低导致电池化学活性降低，电池放电能力也会呈现衰弱趋势，再加上SOC不断降低，电池组功率值也呈下降趋势。将两者性能进行比较发现，三元材料电池低温功率显著高于磷酸铁锂电池，侧面也反映出三元电池特性优于磷酸铁锂电池。
4.结论
结合以上内容，可以得出结论：与磷酸肽锂材料电池相比较，三元材料电池组低温性能更好。对这一结论形成内在原因进行分析，发现磷酸肽锂材料属于橄榄石结构，无论是锂离子迁移速度，还是传导速率，都略低于三元材料电池。未来，将三元材料应用到电动汽车发展中，可行性和适用性都比较高。
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论文作者:苏杏华
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第10期
论文发表时间:2019/11/22
标签：电池组论文; 内阻论文; 电池论文; 低温论文; 磷酸论文; 性能论文; 测试论文; 《中国西部科技》2019年第10期论文;