废旧锂离子动力电池的性能和梯次利用的可能性研究

吴远忠 黄菊文 朱昊晨 贺文智 李光明

同济大学环境科学与工程学院

0 引言

近年来我国新电动汽车等能源交通工具数量迅速增加，而随着电动汽车（EV）数量增多，从EV上退役的锂离子动力电池数量也将大幅度增加。锂离子电池（LIB）凭借高能量/功率密度，高可靠性和长使用寿命等优异性能而被广泛应用于电动汽车中[1]。通常，当电池容量低于正常容量的80%时，该电池将从电动汽车上退役，此时它无法满足电动汽车的能量和功率要求[2]，但是仍可在能量和功率需求较低的情景中发挥重要的作用。尽管电动汽车几乎不产生环境污染问题，但是由于LIB潜在的经济效益和环境风险，当从电动汽车上退役后，如何妥善处理是一个重要的问题。

1 二次电池的基本性能

退役LIB的充放电速率、温度和充电状态都会影响电池组的健康状况[3]。电池的循环寿命是二次电池是否能投入使用的可行性评估的重要因素之一，其主要的评估参数包括电池的容量、内阻和功率特性。

1.1 电池容量

电池容量是评估电池健康状态（SOH）的一个重要参数。对于电池容量的估算，有代表性的方法包括差分电压分析[4]、容量增量分析[5]等。Gould[6]等使用相关向量回归方法结合卡尔曼滤波器（UKF）来实现电池容量的短期估计；Hu[7]等用锂离子电池的SOC和容量作为系统状态参数，并使用具有多个时间尺度的扩展卡尔曼滤波器(EKF)算法估算了不同时间维度的电池的SOC和容量。这些研究工作大多在考察电池单元的容量估计，而对电池组的容量分析却很少涉及，在实际应用中，电池单元往往都是组成电池模块或电池组后再投入使用的。……