江境宏 明志茂 趙可淪

技術應用

鋰離子動力蓄電池包高能量應用測試分析*

江境宏 明志茂 趙可淪

（廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣東 廣州 510656）

針對鋰離子動力蓄電池包高能量應用測試過程復雜的問題，分別設計了25℃、40℃、?20℃工況下的容量和能量測試方案，并根據(jù)該方案進行鋰離子動力蓄電池容量和能量試驗。試驗結(jié)果表明：溫度較高時，電池容量、放電能量均相對較大；隨著溫度降低，電池充、放電容量、能量差隨之增大。該測試方案能有效完成對應的應用測試分析，操作簡單、結(jié)果準確有效。

鋰離子動力蓄電池包；高能量；容量和能量測試；應用測試

0 引言

隨著社會發(fā)展與人口增長，全球能源利用和環(huán)境保護面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。為減少二氧化碳的排放，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)在全球范圍內(nèi)達成共識[1-2]。動力電池是新能源汽車的核心部件，其性能直接影響新能源汽車動力的關鍵性能參數(shù)，其可靠性、安全性直接關系乘車人員安危、城市秩序[3-5]。近年來，動力電池領域競相追求高能量密度，而忽略保障其安全性和可靠性，在未完全解決電極材料問題時，快速推出高能量密度動力電池，導致出現(xiàn)多起電動汽車燃燒爆炸事件，引起社會廣泛關注和國家高度重視[6]。因此，對動力電池的測試評價是不可或缺的重要環(huán)節(jié)，更是新能源汽車大規(guī)模部署的有力保障。

動力蓄電池包由蓄電池組、蓄電池管理模塊、蓄電池箱等部件構(gòu)成。動力蓄電池包的高能量應用是指室溫下蓄電池包的最大允許持續(xù)輸出電功率和其在1C（C是電流倍率，等于1 h放電容量的倍）倍率放電能量的比值低于10的裝置特性或應用特性[7]。周震濤等用恒電流限電壓充放電方法研究了方形層疊式鋰離子動力蓄電池在不同電流下的放電行為和荷電保持能力，發(fā)現(xiàn)5 Ah電池的1C倍率放電容量可保持0.1C倍率放電容量的79.35%[8]。何洪文等對鋰離子動力電池進行了性能測試，發(fā)現(xiàn)在恒壓充電階段采用間歇式充電可有效減少電池的涓流充電時間，增加電池的充電容量[9]。田碩對用在混合動力汽車上的動力蓄電池最大充放電性能的影響因素進行分析，發(fā)現(xiàn)電池的最大充放電性能主要受荷電狀態(tài)、溫度、健康狀態(tài)等因素影響[10]。高順榮等結(jié)合安時計量法、開路電壓法和卡爾曼濾波法估算動力蓄電池初始荷電狀態(tài)，建立電池的非線性復合模型的狀態(tài)方程，提出基于電池復合模型的擴展卡爾曼濾波法，實現(xiàn)對電池荷電狀態(tài)的估算[11]。

根據(jù)工信部統(tǒng)計，2019年1月～9月全國鋰離子電池產(chǎn)量同比增加7.7%，測試量較大。其中，動力蓄電池包的容量和能量試驗是動力蓄電池包性能的重要試驗。本文針對室溫、高溫、低溫3種工況分別制定對應試驗方案，實現(xiàn)動力蓄電池包高能量應用分析。

1 容量和能量測試方案

動力蓄電池包的容量和能量試驗主要包括室溫、高溫、低溫3種工況。本文試驗的室溫設定為25℃、高溫為40℃、低溫為?20℃。依據(jù)GB/T31467.2―2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應用測試規(guī)程》[7]，試驗前對受試動力蓄電池包外觀進行檢查，然后將其總成按正常工作要求進行連接，接通電池管理系統(tǒng)工作電源，動力蓄電池包分別在室溫、高溫、低溫環(huán)境下進行容量和能量測試。針對25℃、40℃、?20℃的環(huán)境條件，分別制定了相應的容量能量測試方案。

25℃/40℃/?20℃工況下的動力蓄電池包容量和能量試驗步驟：

1）靜置至動力蓄電池包的所有單體溫度在（25±2）℃范圍內(nèi)；

2）以0.5C電流恒流充電至標定總電壓V后轉(zhuǎn)恒壓充電，充電終止電流降至0.05C時停止充電；

3）靜置30 min；

4）充電后在室溫/高溫/低溫環(huán)境下擱置16 h或者所有單體溫度達到（25±2）℃/（40±2）℃/（?20±2）℃；

5）以1C電流放電至標定最低單體電壓小于 3.0 V；

6）靜置30 min。

2 試驗過程與結(jié)果分析

本文試驗樣品為三元鋰離子電池包，試驗樣品技術規(guī)格表如表1所示。主要試驗設備包括高低溫濕熱試驗箱、電池包充放電測試系統(tǒng)等，試驗設備主要參數(shù)表如表2所示。

表1 試驗樣品技術規(guī)格表

表2 試驗設備主要參數(shù)表

首先，將待測試的三元鋰離子電池包平放至高低溫濕熱試驗箱底部的支撐木板上，通過穿過高低溫濕熱試驗箱側(cè)壁預留通孔的數(shù)據(jù)采集線連接電池包與電池包充放電測試系統(tǒng)，關閉箱門，如圖1(a)所示；然后，按照制定的容量和能量測試方案設置試驗箱溫度分別為25℃（如圖1(b)所示）、40℃、?20℃；最后，通過電池包充放電測試系統(tǒng)對三元鋰離子電池包進行充放電，并讀取測試過程中的荷電狀態(tài)、系統(tǒng)電壓、容量、能量、單體最大電壓、單體最小電壓、最高溫度、最低溫度等數(shù)據(jù)，25℃、40℃和?20℃工況下的容量和能量測試數(shù)據(jù)匯總表如表3所示。

圖1 電池包試驗圖

表3 25℃、40℃和?20℃工況下的容量和能量測試數(shù)據(jù)匯總表