锂离子动力蓄电池包高能量应用测试分析*

江境宏 明志茂 赵可沦

技术应用

锂离子动力蓄电池包高能量应用测试分析*

江境宏 明志茂 赵可沦

（广州广电计量检测股份有限公司，广东 广州 510656）

针对锂离子动力蓄电池包高能量应用测试过程复杂的问题，分别设计了25℃、40℃、−20℃工况下的容量和能量测试方案，并根据该方案进行锂离子动力蓄电池容量和能量试验。试验结果表明：温度较高时，电池容量、放电能量均相对较大；随着温度降低，电池充、放电容量、能量差随之增大。该测试方案能有效完成对应的应用测试分析，操作简单、结果准确有效。

锂离子动力蓄电池包；高能量；容量和能量测试；应用测试

0 引言

随着社会发展与人口增长，全球能源利用和环境保护面临着越来越大的挑战。为减少二氧化碳的排放，发展新能源汽车已经在全球范围内达成共识[1-2]。动力电池是新能源汽车的核心部件，其性能直接影响新能源汽车动力的关键性能参数，其可靠性、安全性直接关系乘车人员安危、城市秩序[3-5]。近年来，动力电池领域竞相追求高能量密度，而忽略保障其安全性和可靠性，在未完全解决电极材料问题时，快速推出高能量密度动力电池，导致出现多起电动汽车燃烧爆炸事件，引起社会广泛关注和国家高度重视[6]。因此，对动力电池的测试评价是不可或缺的重要环节，更是新能源汽车大规模部署的有力保障。

动力蓄电池包由蓄电池组、蓄电池管理模块、蓄电池箱等部件构成。动力蓄电池包的高能量应用是指室温下蓄电池包的最大允许持续输出电功率和其在1C（C是电流倍率，等于1 h放电容量的倍）倍率放电能量的比值低于10的装置特性或应用特性[7]。周震涛等用恒电流限电压充放电方法研究了方形层叠式锂离子动力蓄电池在不同电流下的放电行为和荷电保持能力，发现5 Ah电池的1C倍率放电容量可保持0.1C倍率放电容量的79.35%[8]。何洪文等对锂离子动力电池进行了性能测试，发现在恒压充电阶段采用间歇式充电可有效减少电池的涓流充电时间，增加电池的充电容量[9]。田硕对用在混合动力汽车上的动力蓄电池最大充放电性能的影响因素进行分析，发现电池的最大充放电性能主要受荷电状态、温度、健康状态等因素影响[10]。高顺荣等结合安时计量法、开路电压法和卡尔曼滤波法估算动力蓄电池初始荷电状态，建立电池的非线性复合模型的状态方程，提出基于电池复合模型的扩展卡尔曼滤波法，实现对电池荷电状态的估算[11]。

根据工信部统计，2019年1月～9月全国锂离子电池产量同比增加7.7%，测试量较大。其中，动力蓄电池包的容量和能量试验是动力蓄电池包性能的重要试验。本文针对室温、高温、低温3种工况分别制定对应试验方案，实现动力蓄电池包高能量应用分析。

1 容量和能量测试方案

动力蓄电池包的容量和能量试验主要包括室温、高温、低温3种工况。本文试验的室温设定为25℃、高温为40℃、低温为−20℃。依据GB/T31467.2―2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程》[7]，试验前对受试动力蓄电池包外观进行检查，然后将其总成按正常工作要求进行连接，接通电池管理系统工作电源，动力蓄电池包分别在室温、高温、低温环境下进行容量和能量测试。针对25℃、40℃、−20℃的环境条件，分别制定了相应的容量能量测试方案。

25℃/40℃/−20℃工况下的动力蓄电池包容量和能量试验步骤：

1）静置至动力蓄电池包的所有单体温度在（25±2）℃范围内；

2）以0.5C电流恒流充电至标定总电压V后转恒压充电，充电终止电流降至0.05C时停止充电；

3）静置30 min；

4）充电后在室温/高温/低温环境下搁置16 h或者所有单体温度达到（25±2）℃/（40±2）℃/（−20±2）℃；

5）以1C电流放电至标定最低单体电压小于 3.0 V；

6）静置30 min。

2 试验过程与结果分析

本文试验样品为三元锂离子电池包，试验样品技术规格表如表1所示。主要试验设备包括高低温湿热试验箱、电池包充放电测试系统等，试验设备主要参数表如表2所示。

表1 试验样品技术规格表

表2 试验设备主要参数表

首先，将待测试的三元锂离子电池包平放至高低温湿热试验箱底部的支撑木板上，通过穿过高低温湿热试验箱侧壁预留通孔的数据采集线连接电池包与电池包充放电测试系统，关闭箱门，如图1(a)所示；然后，按照制定的容量和能量测试方案设置试验箱温度分别为25℃（如图1(b)所示）、40℃、−20℃；最后，通过电池包充放电测试系统对三元锂离子电池包进行充放电，并读取测试过程中的荷电状态、系统电压、容量、能量、单体最大电压、单体最小电压、最高温度、最低温度等数据，25℃、40℃和−20℃工况下的容量和能量测试数据汇总表如表3所示。

图1 电池包试验图

表3 25℃、40℃和−20℃工况下的容量和能量测试数据汇总表