退役电池初始容量性能及其离散性

     本文以在车用阶段充放电使用模式不同的大巴和出租车两类典型退役电池模块为试验对象，研究分析了其初始容量分布特征、离散性以及单体电池容量衰减特性和衰减突变现象。

　　退役电池初始容量性能及其离散性

　　退役电池存在先天的一致性差，表现在电池间存在比新电池更为明显的电压差、内阻差及容量差，还表现为电池间前述外特性参数分布特性不均一。

　　本文选取了两组研究样本。第一个研究样本来自公交大巴换电模式运行5年后的退役电池。电池为软包磷酸铁锂，单体额定容量22 Ah，电池模块由单体电池以2串12并组成(模块规格：6.4 V，额定容量264 Ah)。

　　从中选取了56个电池模块，对其放电容量进行了测试，测试方法参考国家标准 GB/T 743-2016《电动汽车用锂子蓄电池》。本实验中采用的电池容量测试方法如下：在20±5℃条件下，先将电池残余电量放完，静置15 min，以0.3 C对电池恒流充电至3.65 V转为恒压充电，至充电电流降至0.05 C，认为电池充满电。静置0.5 h后，以0.5 C恒流放电至电压降到2.8 V，记录放电电量作为电池的容量。

　　测试结果见图1，由图1可以看出，电池模块剩余容量分布在45%～80%，其中，70%及以上剩余容量占61%，80%及以上剩余容量占14%，剩余容量离散性十分突出。

　　图1 退役电池样本1的模块容量分布图

　　第二个研究样本来自出租车投运4年后的退役电池。电池为铝壳磷酸铁锂，单体电池额定容量200 Ah，单个模块由单体电池以8串1并组成(模块规格：25.6 V，额定容量200 Ah)。

　　从中选取了132个电池模块，对其放电容量进行了测试，测试方法与前述样本1的相同。测试结果见图2，从图中可以看出，模块最大容量为182.854 Ah，最小容量为150.139 Ah，最大、最小容量差值为32.715 Ah，剩余容量分布在75%～92.5%，均分布在75%及以上区间。

　　图2 退役电池样本2的模块容量分布图

　　综上所述，大巴车和出租车退役电池模块剩余容量均表现出明显的离散性。但是，本文中样本2的剩余容量百分数及剩余容量一致性明显优于样本1。

　　新电池配组时通常按容量差不大于±3%的标准执行，若退役电池梯次利用配组时执行该标准，将有很大比例的电池无法配组再利用。鉴于退役电池离散性明显的特征，其电池模块不可能处于同一容量差区间内，而只有处于同一容量差区间的电池模块才可配组使用。以研究样本1为例，当配组标准定为±3%时，有66个模块(50%比例)处于同一容量差区间内，其余66个模块则分别分布于5个不同的容量区间。即若配组标准按容量差不大于±3%的标准执行时，分布于6个不同容量差区间内的电池模块无法配组成1组电池以梯次利用，详见表1。

　　表1 当配组标准定为±3%时，退役电池样本2的模块容量差分布特征

　　因此，对于批量退役电池梯次利用，一种技术路线是通过电池管理技术弥补电池间的不一致性，另一种技术路线是在储能系统拓扑结构设计时采用更多的并联支路，使每一支路电池(或电池模块)数量较少，有较小的容量差和较好的一致性。

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