專利名稱：廢舊鋰離子電池用作超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域，是鋰離子電池和電化學(xué)超級(jí)電容器的交叉綜合，電化學(xué)超級(jí)電 容器常用于電動(dòng)車輛的組合動(dòng)力電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
手機(jī)等使用的鋰離子電池已經(jīng)普及，廢舊鋰離子電池已引發(fā)了環(huán)保問(wèn)題。電動(dòng)車輛在大 功率輸出方面還是靠電池和超級(jí)電容器的組合系統(tǒng)來(lái)解決。廢舊鋰離子電池的剩余容量 盡管低于其額定容量，因而廢棄不用，但是廢舊鋰離子電池的剩余容量仍比電化學(xué)超級(jí) 電容器的容量高，循環(huán)性和超級(jí)電容器相當(dāng)，廢舊鋰離子電池可以作為超級(jí)電容器使用， 這樣既減少了環(huán)境負(fù)擔(dān)又節(jié)約了社會(huì)投資和資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是用廢舊鋰離子電池代替電化學(xué)超級(jí)電容器用于電動(dòng)車輛的電池-超級(jí)電容器組 合動(dòng)力系統(tǒng)。


用蘭電測(cè)試系統(tǒng)儀器在室溫下，對(duì)兩塊舊的鋰離子電池進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，這兩塊舊的鋰 離子電池的性能分別
表l兩塊舊的鋰離子電池的性能指標(biāo)
型號(hào)電壓額定容量充電限制電壓
電池l8G1018-3LB5503. 7V550mAh4. 2V
電池2"G1018-3LB9003. 7V900mAh4. 2V
1.1廢舊鋰離子電池小電流充放電
從圖l可以看出廢舊鋰離子電池^在40mA恒流充電15. 9小時(shí)后，充電容量為638. 8mAh,截止電壓為3. 98V。電池端電壓在充電初始時(shí)刻有比較大的上升率，而隨著充電過(guò)程的不斷進(jìn)行， 電池端電壓逐漸趨于平穩(wěn)。
圖2是廢舊鋰離子電池2#在10mA恒流放電情況下的工作電壓變化。分3段:在放電初始 階段，電池工作電壓緩慢下降，而后進(jìn)入平穩(wěn)區(qū)，在放電接近終止時(shí)，電池工作電壓又開(kāi)始急 劇下降,下降速率迅速上升。
因?yàn)殇囯x子電池充電時(shí)首先是電極材料表面充電，在這個(gè)過(guò)程中，電池電壓增加較快， 然后是電極材料內(nèi)部脫嵌鋰，在這個(gè)過(guò)程中，電池電壓幾乎是平臺(tái)，電壓增加較慢。放電時(shí) 也首先是電極材料表面放電，在這個(gè)過(guò)程中由于電極材料內(nèi)部脫嵌鋰，表面所放電荷由內(nèi)部 電荷補(bǔ)充，總結(jié)果是表面電荷不變，內(nèi)部電荷減少，電池電壓幾乎是平臺(tái)，電壓下降較慢；
內(nèi)部電荷放完之后電極材料表面開(kāi)始放電，在這個(gè)過(guò)程中，電池電壓下降較快；所以說(shuō)鋰離
子電池本質(zhì)上是超電容和電池的綜合，如圖1和圖2的曲線平臺(tái)段是電池的性能特征，圖l 的初始段和圖2的結(jié)束段是電容的表現(xiàn)。
1. 2廢舊鋰離子電池大電流充放電
從圖3可看出廢舊鋰離子電池2#在250mA恒流電流下充了 1.87小時(shí)后，充電容量為 462.9mAh，截止電壓為4.00V。充電時(shí)間減少了，充電容量也降低了。而且無(wú)論是在充電情況 下，還是在放電情況下，都出現(xiàn)快速地上升或下降，而這正是超級(jí)電容器的特點(diǎn)容量比較 小，充放電速度快。
1.3廢舊鋰離子電池大電流充放電多次循環(huán)
由圖4知，廢舊鋰離子電池r在400mA恒流充放電過(guò)程中電壓的變化和時(shí)間呈直線升降， 在20次循環(huán)中電池的電壓隨充放電時(shí)間變化仍呈線性增加和降低，這是超級(jí)電容器典型的充 放電特征。
1.4廢舊鋰離子電池的恒功率放電
在進(jìn)行恒功率放電之前，先對(duì)電池1#進(jìn)行恒流充電至電壓4. 15V,在該電壓下恒壓充電5h 得容量317. 8mAh，在此情況下進(jìn)行821V.mA恒功率放電至電壓2. 5V，如圖5和圖6。從圖5和 圖6中，可以知道鋰離子電池不僅能夠大功率放電，而且能夠多次的進(jìn)行大功率放電。
1.5電池的充放電容量隨循環(huán)次數(shù)變化情況
圖7是舊的鋰離子電池2"在450mA恒流充放電下循環(huán)104次，電池的充電容量和放電容量隨 循環(huán)次數(shù)的變化情況，從圖7中，我們可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，充電容量和放電容量 有時(shí)上升，有時(shí)下降，但總體呈上升的趨勢(shì)。說(shuō)明舊的鋰離子電池的循環(huán)性能好。充電容量上升，是材料中電路逐步活化，可用電活化材料越來(lái)越多；充電容量下降是因?yàn)椴豢赡嫘缘?累積。
圖8給出了廢舊的鋰離子電池2#在450mA恒流充放電下的420次循環(huán)效率性能。由圖8 知，在420個(gè)循環(huán)范圍內(nèi)，鋰離子電池始終保持100%的充放電效率，具有充放電效率高、 性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
一個(gè)雙向DC-DC變換器被設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行輔助控制，用它來(lái)連接超級(jí)電容器 和主電池。使用無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)自行車運(yùn)轉(zhuǎn)，基于DSP核心控制系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)控制超級(jí)電 容器和主電池，電機(jī)等的電流、電壓和溫度等參數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生方波來(lái)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)和變換 器進(jìn)行控制，如圖9。
該控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電源管理系統(tǒng)，它有3個(gè)主要組成部分基于IGBT的變換器、 超級(jí)電容器，主電池，基于DSP的控制系統(tǒng)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
此系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)雙向DC/DC變換器把電動(dòng)汽車的超級(jí)電容器和主電池聯(lián)系在一起，然后
通過(guò)變頻器來(lái)給牽引電機(jī)供給電源。DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)兩種功能電動(dòng)機(jī)加速推進(jìn)時(shí)超級(jí)電
容器放電和電動(dòng)機(jī)減速制動(dòng)時(shí)超級(jí)電容器充電。而整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作是通過(guò)基于
TMS320LF2407DSP的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制和電機(jī)電流、電壓等參數(shù)的檢測(cè)控制。
權(quán)利要求
1. 一種廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是用廢舊鋰離子電池代替電動(dòng)車輛的電池-超級(jí)電容器組合動(dòng)力系統(tǒng)中的超級(jí)電容器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是廢舊鋰離子電池不需 要復(fù)雜處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是所要代替的電動(dòng)車輛 的電池-超級(jí)電容器組合動(dòng)力系統(tǒng)不需要復(fù)雜改變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是直接將廢舊鋰離子電 池的兩極當(dāng)作超級(jí)電容器的兩極進(jìn)行連接，正極對(duì)應(yīng)正極，負(fù)極對(duì)應(yīng)負(fù)極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是廢舊鋰離子電池的保 護(hù)電路板截止電壓等參數(shù)需要調(diào)整，以適應(yīng)所代替的超級(jí)電容器構(gòu)成的電動(dòng)車輛的電池-超級(jí)電容器組合動(dòng)力系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的廢舊鋰離子電池再利用的方法，其特征是需要有均衡電路以便 廢舊鋰離子電池進(jìn)行串并聯(lián)組合以適應(yīng)所代替的超級(jí)電容器構(gòu)成的電動(dòng)車輛的電池-超級(jí) 電容器組合動(dòng)力系統(tǒng)。
全文摘要
廢舊鋰離子電池的剩余容量以及在恒流恒壓、恒功率、大電流充放電循環(huán)性能方面與超級(jí)電容器相當(dāng)，廢舊鋰離子電池可以用作電動(dòng)車輛在大電流、大功率輸出時(shí)的電池和超級(jí)電容器組合系統(tǒng)中的超級(jí)電容器。
文檔編號(hào)B60L11/00GK101425612SQ20071016672
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者韓景立 申請(qǐng)人:漳州師范學(xué)院