江境宏 明志茂 趙可淪

技術(shù)應(yīng)用

鋰離子動(dòng)力蓄電池包高能量應(yīng)用測試分析*

江境宏 明志茂 趙可淪

（廣州廣電計(jì)量檢測股份有限公司，廣東 廣州 510656）

針對(duì)鋰離子動(dòng)力蓄電池包高能量應(yīng)用測試過程復(fù)雜的問題，分別設(shè)計(jì)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(jìn)行鋰離子動(dòng)力蓄電池容量和能量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：溫度較高時(shí)，電池容量、放電能量均相對(duì)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(duì)應(yīng)的應(yīng)用測試分析，操作簡單、結(jié)果準(zhǔn)確有效。

鋰離子動(dòng)力蓄電池包；高能量；容量和能量測試；應(yīng)用測試

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展與人口增長，全球能源利用和環(huán)境保護(hù)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(dá)成共識(shí)[1-2]。動(dòng)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(dòng)力的關(guān)鍵性能參數(shù)，其可靠性、安全性直接關(guān)系乘車人員安危、城市秩序[3-5]。近年來，動(dòng)力電池領(lǐng)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(shí)，快速推出高能量密度動(dòng)力電池，導(dǎo)致出現(xiàn)多起電動(dòng)汽車燃燒爆炸事件，引起社會(huì)廣泛關(guān)注和國家高度重視[6]。因此，對(duì)動(dòng)力電池的測試評(píng)價(jià)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(dòng)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(dòng)力蓄電池包的高能量應(yīng)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(yīng)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(dòng)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(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)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(shí)間，增加電池的充電容量[9]。田碩對(duì)用在混合動(dòng)力汽車上的動(dòng)力蓄電池最大充放電性能的影響因素進(jìn)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(shí)計(jì)量法、開路電壓法和卡爾曼濾波法估算動(dòng)力蓄電池初始荷電狀態(tài)，建立電池的非線性復(fù)合模型的狀態(tài)方程，提出基于電池復(fù)合模型的擴(kuò)展卡爾曼濾波法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池荷電狀態(tài)的估算[11]。

根據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，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(dòng)力蓄電池包的容量和能量試驗(yàn)是動(dòng)力蓄電池包性能的重要試驗(yàn)。本文針對(duì)室溫、高溫、低溫3種工況分別制定對(duì)應(yīng)試驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力蓄電池包高能量應(yīng)用分析。

1 容量和能量測試方案

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

25℃/40℃/?20℃工況下的動(dòng)力蓄電池包容量和能量試驗(yàn)步驟：

1）靜置至動(dòng)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(biāo)定總電壓V后轉(zhuǎn)恒壓充電，充電終止電流降至0.05C時(shí)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(dá)到（25±2）℃/（40±2）℃/（?20±2）℃；

5）以1C電流放電至標(biāo)定最低單體電壓小于 3.0 V；

6）靜置30 min。

2 試驗(yàn)過程與結(jié)果分析

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

表1 試驗(yàn)樣品技術(shù)規(guī)格表

表2 試驗(yàn)設(shè)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(yàn)箱底部的支撐木板上，通過穿過高低溫濕熱試驗(yàn)箱側(cè)壁預(yù)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(guān)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(shè)置試驗(yàn)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(duì)三元鋰離子電池包進(jìn)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(yàn)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