电动汽车二手PACK性能测试对比
加拿大达尔豪斯大学机械工程系的科研人员从五家不同的制造商处购买了五个电动汽车的电池包：Tesla model 3 SR-2019、Chevrolet Bolt-2018、BMW i3-2015、Nissan Leaf-2012和Lishen EV-LFP-2012。他们对这5个电池包进行了测试，研究直接将这种二手电动汽车电池包用于电网储能的可能性。这5个电池包的规格信息如表1所示。
他们首先测试的五个电池包的能量，并与其铭牌能量进行了比较。结果表明Leaf-12电池包经历了严重的容量衰减，但仍保留了其原始能量容量的76%。力神电池与Leaf-12电池具有相同的日历寿命，但力神电池保留了其原始能量容量的90%，使用程度较轻。Bolt、i3 和 Model 3 电池来自相对较新的 EV 车型，仅略有使用，Model 3 电池的 SOH 较低。EV电池包的照片如图1所示。
图1 电动汽车电池包照片
由于电池组的热量可能在运行期间引起不均匀的温度分布，因此在每个电池PACK上放置多个温度传感器以确保记录温度，并能够检查电池组和热管理系统内的温度分布。每个电池的温度传感器位置如图2所示。Model3-19电池具有28个平行的液体通道（每个模块中有7个），这些通道沿着模块长度方向以波纹状方式在圆柱形电池之间通过。Bolt-18电池采用蛇形冷却通道，设计成在从中间运送到电池两侧，模块底部的铝制冷却板和蛇形液体通道之间进行热交换。i3电池具有八个平行的制冷剂通道，通过车辆的制冷系统与模块底部交换热量。在测试过程中，Bol-18t和Model3-19电池包采用乙二醇/水(50/50)混合液体主动冷却热管理系统,其他电池采用被动风冷。
图2 实验装置的热电偶布置：a）Model3-19冷却液管路，b）Bolt-18冷却液管路，c）Model3-19温度传感器，d）Bolt-18温度传感器，e）i3-15温度传感器，f）Leaf-12温度传感器，g）Lishen-12温度传感器，h）定制的冷却液循环热管理系统。
电化学性能对比
电池包以4小时、2小时和1小时的速率进行三次连续恒功率充放电测试，充放电电压曲线绘制成回型图，如图3所示。根据以下公式计算电池能量密度ρ（Wh/L）、可用能量比ε（%）和能量效率η（%），由于测试的电池处于76%至100%的不同SOH，因此还通过将ρ除以SOH来估计寿命开始（BOL）时的能量密度ρ，以便更公平地进行比较。
图3c中包括九个阴影区域：
(1)面积A是以1小时速率放电释放的能量；
(2)面积B、C和D是以4h速率放电时的附加能量，分别对应由于更大的充电深度、更高的放电电压和更大的放电深度而增加的能量；
(3)面积D、E和F合计为在1小时速率循环期间以热量形式损失的能量；
(4)面积F、G和H合计为在4小时速率循环期间以热量形式损失的能量;
(5)面积I是在恒压充电到100%SOC之后可获得的附加放电能量。
可用能量比ε（%）和能量效率η（%）可根据图中方法计算。
图3 不同功率测试下的电压曲线及其参数说明
5种电池PACK的测试结果如图4所示，随着功率率增加，一些电池比其他电池经历更大的电压降。比较Bolt-18和i3-15电池2 h和1h率的电压曲线之间的垂直间隙，结果表明Bolt-18电池的内阻影响更大。如图3所示，充放电之间的电压差较大对电池电性能的影响包括：（1）升高了充电过程中电压，增加了给定充电深度的充电能量，从而降低了能量效率;（2）在较低的SOC下触发电压上限，截断了充电过程，从而减少了在放电之前存储在电池中的能量;（3）降低了整个放电过程中的电压，从而降低了给定放电深度下的放电能量;（4）在较高的SOC下触发电压下限，截断了放电，从而减少了可以获得的放电能量。
图4 以4小时、2小时和1小时倍率测试时，每个电池的平均电池电压与SOC关系
充放电之间的电压差不是导致充电和放电截断的唯一因素，比较Model3-19和Lishen-12的充电终止点，可推断电压曲线形状的显著差异也会影响充放电截止。这两种电池在2小时率和1小时率电压曲线之间表现出相似的电压差，但Lishen-12以1小时速率充电至98%SOC,而Model3-19仅充电至74%。Lishen-12的4 h充电曲线以相对低的斜率上升，直到达到> 95%SOC,在该点处电压急剧上升到上限。相比之下，Model3-19的4 h率充电曲线以相对陡峭的斜率上升，直到达到> 75%SOC，在该点处电压斜率逐渐减小以接近上限。
三个被动冷却电池（i3-15、Leaf-12和Lishen-12）在三个功率下达到大致相同的放电深度，而两个主动液冷电池（Bolt-18和Model3-19）在4 h速率下达到更深的SOC。这表明被动冷却电池在较高功率下的温度上升导致内部电阻减小，抵消了由较高电流引起的极化电压。
本测试中，BMW i3电池给出了最高的能量效率η，范围从4 h速率下的98.3%至Ih速率下的95.5%，而Model3 -19的能量效率η最低，范围从4 h速率下的95.7%至Ih速率下的90.8%。Bolt-18和Lishen-12均显示相对低的η，而Leaf-12显示中等范围的η。Lishen-12在较高的功率率下保留了最大的可用能量比ε，而Model3-19和Bolt-18保留的可用能量比ε明显较少。Tesla Model 3电池给出了最高的体积能量密度。
参考文献
Chris White, Lukas G. Swan,Pack-level performance of electric vehicle batteries in second-life electricity grid energy services,Journal of Energy Storage,Volume 57,2023,106265.
