快充对容量衰减的不同影响：电芯 VS PACK

美国Idaho National Laboratory在2018年5月份发布了一份关于NissanLeaf的快充影响报告，主要是研究快充对电芯和PACK容量衰减的不同影响。按照正常的推断，电芯、同样电芯组成的电池包，这二者的衰减应该基本相似，实际上不是这么简单，电芯的容量衰减性能好，不代表PACK就一定好。

所选的PACK为MY2012版Nissan Leaf，GEN1，24kWh，电芯为锰酸锂，33.1Ah。Leaf的直流快充（DCFC：direct current fast charging）为50kW，120Ah，大约为1.8C，交流慢充ACLEVEL2为3.3kW，8.5A，大约为0.13C。整个测试的设计如下，分为PACK对照组、电芯对照组，电芯组又单独分为不同温度下的对照。

所有PACK均放在30℃的温箱中，充电采用CCV的方式，PACK充至395V，直到电流衰减到0.3A或电压保持1小时，每天两个充放循环；电芯充至4.11V，每天三个充放电循环。实验对照设计与测试准备如下两图所示。

电芯与PACK的对比测试结果如下图（横坐标为单个电芯放出的电量，PACK*192计算）。

两个PACK均表现出不同程度的，慢充ACL2的PACK在660个循环后（13个月），容量衰减了20%，相当于行驶约6.15万公里；快充的PACK在540个循环后（9个月），容量就衰减了20%，相当于约5万公里。（换算按230 Wh/mi进行）。测试在第780个循环后，约7.5万公里停止，此时，慢充PACK衰减了23.1%，快充PACK衰减了28.1%。

在相同的测试条件下，单个电芯的容量衰减要明显小的多，以30℃的为例子，慢充ACL2和快充DCFC的对照组电芯容量衰减分别比对应的PACK少57%和61%。即使是和40℃条件下的电芯对比，慢充和快充PACK的容量衰减也比电芯大。3种温度测试下的电芯，慢充与快充的容量衰减差别不超过1%。

另外一个明显的现象是，延迟进行快充（即在放电完成后并不是立即进行快充，这有助于观察在长期处于高SOC的影响）的电芯衰减要比立即进行快要小，上图中实心橘黄点和空心橘黄点的对比。立即进行快充的电芯衰减在11%左右，则延迟进行快充的则在9.8%左右。

两个PACK较大的容量衰减，一部分原因归结为在充放电过程中较高的温度，这从下面PACK与电芯温度的对比图能够看出来。电芯组的温度基本维持在所属的温度附近（因为有铝板冷却），而PACK则温度变大较大，对于慢充来说，最高达到35℃左右（占测试时间的5%左右），而快充则最高达到45℃。

另外一个导致PACK容量衰减的原因在于温度不均引起的电芯衰减不一致，这种衰减不一致随着PACK不断被充放就越来越大。测试中仅仅是采了四处的温度，整个包内各电芯的温度可能会比采集到的温度更高或低，温差得不到较好的控制。

从这个对比测试可以看出，单纯的快充对电芯容量的衰减并不是很大或快充不是主要的影响因素，而快充所引起的温度是主要因子，同时，被动冷却的方案加大了整个包内的温差分布，进一步加大了容量衰减。