DCR和功率性能测试方法

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DCR和功率性能测试方法

2023-03-26 04:53| 来源: 网络整理| 查看: 265

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目前,DCR和功率性能测试方法主要包括:HPPC法、JEVS法、国标法。HPPC法同时采用中低倍率和高倍率两个脉冲电流测试电池的功率能力,兼顾了电池在中低倍率和高倍率充电和放电电流下不同的电压响应特性。但采用某一电流(5C、15C)分别代表电池中低倍率和高倍率下的功率能力缺乏全面性,电池在不同电流下的电压响应不同,测试结果具有片面和偏差。JEVS法采用1C,2C,5C和10C系列电流对设定SOC下的电池进行交替充放电,利用V-I特性曲线的线性关系确定直流内阻。这种方法可以消除由于单一脉冲电流造成的结果偏差,但对于脉冲电流较大、脉冲时间较长或电池功率性能不是很好的情况,电压响应可能会偏离V-I线性关系,因此这种方法需要有合理的脉冲电流和脉冲时间,且不能说明更大脉冲电流的内阻特性。

国标法测试SOC范围为30%~70%,电压基本在充放电平台内,内阻稳定,但没有表现出高SOC和低SOC下的内阻变化,且该标准只提供了放电DCR的计算方法,并没有涉及到充电DCR的相关说明。

一、HPPC法

1)简介

HPPC法来源于美国FreedomCAR项目《功率辅助型混合动力汽车用动力电池测试手册》,它提供了一种测试和计算动力蓄电池充放电DCR和功率能力的方法。2)测试制度与程序

如表2,展示了HPPC测试制度,包括:①10S脉冲放电,②40S搁置,③10S脉冲充电。其中脉冲充电电流为脉冲放电电流的0.75倍,即二者的相对大小为:I充/I放=0.75。HPPC测试程序由该测试制度重复进行组成。

如图2,全面地展示了HPPC法测试程序流程。通常,在执行HPPC测试之前,建议对电芯进行1C倍率放电。而后将电芯恒流恒压充满电,搁置1h以恢复电化学和热平衡状态,记录100%SOC下的OCV值。然后以1C恒流放电至90%SOC,搁置1h,记录90%SOC下的OCV值。然后按照推荐的脉冲倍率执行一次HPPC测试制度,得到90%SOC状态下的充放电DCR及功率能力,接着以1C恒流放电至80%SOC(放电容量应考虑上一步脉冲过程充放电的容量),如此循环,即可得到不同SOC下的DCR及功率能力。3)脉冲电流的选择执行HPPC测试制度是使用被修订过的两个不同水平的峰值电流,即低电流水平测试和高电流水平测试。低电流水平测试:脉冲制度选择的峰值放电电流是25%Imax,这里Imax是10S脉冲放电时厂商许可的最大电流(在一些SOC下,它可能需要被修改),放电电流值要大于等于厂商给出的Ah容量的5倍。高电流水平测试:脉冲制度选择的峰值放电电流是75%Imax,这里Imax是10S脉冲放电时厂商许可的最大电流(在一些SOC下,它可能需要被修改),放电电流值要大于等于厂商给出的Ah容量的15倍。4)DCR和功率能力的计算方法

a.DCR计算

①放电DCR各参数含义

Vt1:10s放电结束后瞬间电压;Vt0:10s放电开始前的稳定电压;It1:10s放电脉冲电流值;

It0:10s放电脉冲前的电流值,其值为0。

②充电(反馈)DCR各参数含义

Vt3:10s充电结束后瞬间电压;Vt2:10s充电开始前的稳定电压;It3:10s充电脉冲电流值;

It2:10s充电脉冲前的电流值,其值为0。

b.功率能力计算

①放电功率能力各参数含义

Vmin:放电过程允许的下限电压;OCVdis:放电时的开路电压值;

Rdischarge:放电DCR。

②充电(反馈)功率能力各参数含义

Vmax:充电过程允许的上限电压;OCVregen:充电时的开路电压值; Rregen:充电(反馈)DCR。

二、JEVS法

1)简介

JEVS法来源于日本电动车辆协会标准《混合动力电动汽车用密闭型镍氢电池的输出密度及输入密度试验方法》,它提供了一种DCR、最大充放电工作电流以及功率能力的计算方法和测试流程。2)测试制度与程序

如图1,JEVS法的一个测试制度包括:①1C充放10s,②2C充放10s,③5C充放10s,④10C充放10s。即电池在某确定的SOC下,按不同倍率,从小到大的顺序对电池进行交替充放电10s(先放后充),确定10s末的电压与对应的脉冲电流关系,即V-I曲线响应。3)DCR、最大充放电电流和功率能力的计算方法

a.DCR和最大充放电电流计算方法

如图2,对测试获得的V-I特性曲线进行拟合,曲线斜率tanα即为DCR。同时,将最低和最高截止电压代入拟合方程中,可以得到该SOC下的最大放电电流Idis.max和最大充电电流Icha.max。

b.功率能力计算

式中,Vdis.cutoff为最低放电截止电压,Vcha.cutoff为最高充电截止电压。

三、国标法

1)简介

国标法来源于《HEV用高功率锂离子动力蓄电池性能测试规范》,它提供了一种测试蓄电池放电DCR、峰值功率和平均功率的方法。2)DCR测试方法a.计算公式

b.测试流程

DCR的测试按温度不同分为常温测试、高温测试和低温测试。

①常温测试

如表4,电芯以1C恒流放电至截止电压(3.0V),在20±2℃搁置1h后,以1C电流充电18min,调整SOC至30%,搁置1h,而后以3C充电1.5min,搁置1h,接着以9C放电0.5min,搁置1h,再以1C充电6min,调整SOC至40%,搁置1h。如此循环,直至测试到SOC为70%时止,通过计算公式得到DCR值。

②高温测试

电芯常温下以1C恒流放电至截止电压(3.0V),然后以1C恒流充电18min,调整SOC至30%,在55±2℃条件下搁置5h后,按表4的30%SOC后的要求进行测试(即与常温测试一致)。

③低温测试

如表5,电芯常温下以1C恒流放电至截止电压(3.0V),然后以1C恒流充电18min,调整SOC至30%,在-20±2℃搁置16h后,以3C充电0.5min,搁置4h,接着以3C放电0.5min,搁置4h,再以1C充电6min,调整SOC至40%,搁置4h。如此循环,直至测试到SOC为70%时止,通过计算公式得到DCR值。

3)峰值功率和平均功率测试方法

a.计算方法

b.测试流程

按单体蓄电池容量大小分为两档:30Ah以下单体蓄电池和30Ah及以上的单体蓄电池。充电:电芯在常温下以1C放电至截止电压(3.0V),然后以0.5C恒流恒压充电至4.2V,终止电流0.1C。

①30Ah以下单体蓄电池

满电电芯在20±2℃下搁置1h,然后以5C脉冲放电10s为第一阶段(SOC=100%),以1C放电6min后以7C脉冲放电10s为第二阶段(SOC=89%),以1C放电6min后以9C脉冲放电10s为第三阶段(SOC=77%),以1C放电6min后以15C脉冲放电10s为第四阶段(SOC=64%),阶段之间搁置1h,共进行4个阶段的脉冲放电。

②30Ah以上单体蓄电池

满电电芯在20±2℃下搁置1h,然后以4C脉冲放电10s为第一阶段(SOC=100%),以1C放电6min后以6C脉冲放电10s为第二阶段(SOC=89%),以1C放电6min后以7C脉冲放电10s为第三阶段(SOC=77%),以1C放电6min后以8C脉冲放电10s为第四阶段(SOC=65%),以1C放电6min后以10C脉冲放电10s为第五阶段(SOC=53%),阶段之间搁置1h,共进行5个阶段的脉冲放电。



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