Pulse Charging of Li-ion Batteries for Enhanced Life Performance

Abstract: Det överhängande behovet av att minska utsläppen av växthusgaser för att uppfylla Parisavtalet har väckt ett ökat intresse för elektrifiering som en strategi för att mildra klimatförändringarna. Litiumjonbatterier spelar en central roll vid elektrifiering och har framträtt som det primära alternativet för batteridrivna elfordon. Batteriernas livstidsprestanda är dock en avgörande faktor för att bestämma deras kostnad och miljömässiga hållbarhet. Även om snabbladdning är ett gångbart alternativ för de kunder som vill maximera drifttiden så leder laddning vid höga strömmar till förhöjd åldring genom nedbrytning av elektrodmaterialet och elektrolyten. Nyligen genomförda studier har visat att pulsade laddningscykler kan förlänga livslängden för litiumjonbatterier. Mot bakgrund av detta har denna studie genomförts för att undersöka effekterna av pulsad laddning på bibehållande av kapacitet samt inre motstånd hos litiumjonbatterier. Cylindriska NMC-celler har cyklats med laddningsprofilen PPC-CV (Positive Pulsed Current-Constant Voltage) och deras prestanda har jämförts med motsvarande hos konventionell konstant ström-konstant spänning-laddning (CC-CV). En ny metod utvecklades och implementerades för att utföra en pulsad laddningsprofil inom ett definierat SoC-fönster (State-of-Charge). Testobjekten cyklades kontinuerligt under intervaller om 4 veckor med avbrott för standardiserade referensprestandatester (RPT) för att beräkna standardkapaciteten och det inre motståndet. Därutöver utfördes inkrementell kapacitetsanalys (ICA) och elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) för att utöka analysen. Enligt resultat visar de celler som cyklats med PPC-CV-profilen liknande eller något minskad kapacitetsminskning samt en lägre ökning av internt motstånd efter ungefär 700 ekvivalenta cykler. 0,01-Hz PPC-CV-profilen uppvisade en kapacitetsminskning på 3,65%, 1-Hz PPC-CV-profilen en på 3,75%, 100-Hz PPC-CV- profilen en på 4,06% och CC-CV-profilen en på 4,05%. De interna resistanserna förblev lägre än BOL-mätningarna i PPC-CV-testfallen, medan CC-CV-läget visar en snabbare ökning av internt motstånd. Batteriets hälsotillstånd (SoH) hade dock bara nått 95% under denna testfas, vilket innebär att ytterligare studier krävs för att dra definitiva slutsatser om pulsladdningens effekt på batteriets livslängd. För att ytterligare förstå effekten av pulsade laddningsprofiler på livslängden hos litiumjonbatterier kan textmatrisen utökas till ett bredare spektrum av testförhållanden, såsom temperatur, strömamplitud, arbetscykel och SoC-fönster.