锂离子电池试验规程能量型.docx

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锂离子电池试验规程能量型

能量型锂离子电池测试方法

目录

一、电池静态容量与能量4

1.1标准循环4

1.2室温下电池静态容量与能量测试步骤4

1.3低温下电池静态容量与能量测试步骤4

1.4高温下电池静态容量与能量测试步骤5

二、电池峰值功率、内阻以及开路电压6

2.1峰值功率测试充放电制度6

2.2峰值功率测试数据处理方法6

2.3峰值功率测试步骤8

2.3.1室温下峰值功率测试8

2.3.2非室温下峰值功率测试9

三、电池自放电率及容量衰减9

3.1室温下电池自放电率以及容量衰减9

3.2非室温下电池自放电率以及容量衰减率10

四、冷启动10

五、电荷接受能力11

六、振动11

七、快速充电11

八、连续高功率输出12

九、电池充放电库伦效率及能量效率12

9.1电池充放电库伦效率12

9.1.1室温下电池库伦效率测试12

9.1.2低温下电池库伦效率测试12

9.1.3高温下电池库伦效率测试13

9.2电池充放电能量效率13

9.2.1室温下电池充电能量效率13

9.2.2低温下电池充电能量效率14

9.2.3高温下电池充电能量效率14

9.2.4室温下电池放电能量效率14

9.2.5低温下电池放电能量效率15

9.2.6高温下电池放电能量效率15

十、循环寿命和使用寿命15

10.1循环寿命测试方法15

10.2使用寿命测试方法16

十一、安全性能测试16

11.1过放电测试方法16

11.2过充电测试方法16

11.3短路测试方法16

11.4跌落测试方法17

11.5高温测试方法17

11.6高温测试方法17

11.7挤压测试方法17

11.8针刺测试方法17

本试验方法以《电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程-第1部分-高功率应用》为基础，参考FreedomCAR功率辅助型测试手册、USABC电动车电池测试手册以及QC/T743-2006电动汽车用里离子蓄电池测试行业标准而制定，测试中根据实际情况对各测试规程中的测试方法有所修改。

车用锂离子电池分为高功率型锂离子电池和能量型锂离子电池，本手册对能量型锂离子电池规定了测试项目和测试方法。

对于能量型锂离子电池，其测试应该包含以下几项：

1）高温、室温和低温下电池静态容量与能量；

2）高温、室温和低温下峰值功率、电池充放电内阻以及电池开路电压；

3）高温、室温和低温下电池自放电率以及容量衰减；

4）冷启动性能；

5）电荷接受能力；

6）振动；

7）快速充电；

8）连续高功率输出；

9）高温、室温、低温下电池库伦效率以及能量效率；

10）电池循环寿命以及使用寿命；

11）安全性能

通用测试条件

1.除非特殊说明，否则电池测试环境条件为：

温度20℃±5℃，相对湿度25%～85%，大气压力86kPa～106kPa。

2.当测试的目标环境温度改变时，在进行测试前受试装置需要完成环境适应过程：

受试装置在新的实验环境温度下静置12h。

受试装置是蓄电池系统，则环境适应过程需要关闭电池控制单元。

如果在1h内所有测试点的温度变化小于4℃，则环境适应过程的静置时间可以缩短。

3.调整SOC至实验目标值（n%）的方法是：

按供应商提供的充电方式将蓄电池包或系统充满电，静置1h，以1/3C恒流放电（300-3n）/100h。

每次SOC调整后，新的测试开始前受试装置需要静置30min。

4.测量装置准确度的要求如下：

——电压测量装置：

不低于0.5级

——电流测量装置：

不低于0.5级

——温度测量装置：

±1K

——时间测量装置：

±0.1%

——尺寸测量装置：

±0.1%

——质量测量装置：

±0.1%

5.测试过程中，对充放电装置、温控箱等控制仪器的控制精度要求如下：

——电压：

±1%

——电流：

±1%

——温度：

±2℃

一、电池静态容量与能量

电池静态容量与能量测试需要测得电池在不同温度下以不同放电倍率放电所能够释放出的容量和能量。

（在测试过程中最好能够测得电池表面温度变化）

1.1标准循环

标准循环在室温下进行，按照先后顺序包括一个标准放电过程和标准充电过程，其步骤如下：

a）标准放电：

使用1/3C放电至供应商规定的放电截止条件；

b）静置30min；

c）标准充电：

根据蓄电池供应商提供的充电机制充电；

d）静置30min；

如果标准循环和一个新的测试之间时间间隔长于24小时，则需要重新进行一次标准循环。

1.2室温下电池静态容量与能量测试步骤

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

进行一个标准循环

RT

3.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

RT

4.

静置30min

RT

5.

标准充电

RT

6.

静置30min

RT

7.

重复步骤3～6，分别进行2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

RT

8.

用电流时间乘积积分可得电池静态容量，电流电压乘积积分可得电池静态能量

RT

1.3低温下电池静态容量与能量测试步骤

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

进行一个标准循环

RT

3.

电池所处环境温度降低为0℃，进行一个环境适应过程

0℃

4.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

0℃

5.

电池所处环境温度升高为室温，进行一个环境适应过程

RT

6.

标准充电

RT

7.

重复步骤3～6，分别进行2/3C、1C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

8.

电池所处环境温度降低为-10℃，进行一个环境适应过程

-10℃

9.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

-10℃

10．

电池所处环境温度升高为室温，进行一个环境适应过程

RT

11.

标准充电

RT

12.

重复步骤8～11，分别进行2/3C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

13.

电池所处环境温度降低为-20℃，进行一个环境适应过程

-20℃

14.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

-20℃

15.

用电流时间乘积积分可得电池静态容量，电流电压乘积积分可得电池静态能量

RT

1.4高温下电池静态容量与能量测试步骤

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

进行一个标准循环

RT

3.

电池所处环境温度升高为30℃，进行一个环境适应过程

30℃

4.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

30℃

5.

电池所处环境温度降低为室温，进行一个环境适应过程

RT

6.

标准充电

RT

7.

重复步骤3～6，分别进行2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

8.

电池所处环境温度升高为40℃，进行一个环境适应过程

40℃

9.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

40℃

10．

电池所处环境温度降低为室温，进行一个环境适应过程

RT

11.

标准充电

RT

12.

重复步骤8～11，分别进行2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

13.

电池所处环境温度升高为50℃，进行一个环境适应过程

50℃

14.

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

50℃

15.

电池所处环境温度降低为室温，进行一个环境适应过程

RT

16.

标准充电

RT

17.

重复步骤13～16，分别进行2/3C、1C电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压

18．

电池所处环境温度升高为60℃，进行一个环境适应过程

60℃

19．

以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压

60℃

20..

用电流时间乘积积分可得电池静态容量，电流电压乘积积分可得电池静态能量

RT

二、电池峰值功率、内阻以及开路电压

电池峰值功率、内阻以及开路电压测试需要通过在锂离子电池上运行一种充放电制度来达到，测试所涉及的温度规定为-10℃、0℃、室温（20℃±5℃）、40℃、55℃。

2.1峰值功率测试充放电制度

时间增加量

S

累计时间

S

电流

A

0

0

0

18

18

Imax

40

58

0

10

68

-0.75Imax

40

108

0

其中Imax是供应商提供的电池18s脉冲放电最大电流，图2.1是脉冲功率测试充放电制度

图2.1脉冲功率测试充放电制度

2.2峰值功率测试数据处理方法

在峰值功率测试试验中需要测量的电压和电流如图2.2所示

图2.2脉冲功率测试过程中需要测量的量

时间

S

电压

V

电流

A

对应电流值

A

0

U0

I0

0

0.1

U1

I0

Imax

2

U2

I0

Imax

10

U3

I0

Imax

18

U4

I0

Imax

58

U5

I0

0

58.1

U6

I0

-0.75Imax

60

U7

I0

-0.75Imax

68

U8

I0

-0.75Imax

108

U9

I0

0

1）放电内阻计算

2）充电内阻计算

3）放电功率计算

4）充电功率计算

2.3峰值功率测试步骤

2.3.1室温下峰值功率测试

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

调整SOC至90%

RT

4.

记录电池开路电压

RT

5.

执行峰值功率测试制度

RT

6.

重复步骤2～5，每隔10%SOC执行一次峰值功率测试制度直到SOC=10%

RT

如果SOC=90%时无法执行峰值功率测试制度，则调整SOC为80%；

如果SOC=10%时无法执行峰值功率测试制度，则调整为SOC=20%。

2.3.2非室温下峰值功率测试

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

调整SOC至90%

RT

4.

调整到合适温度，进行一个环境适应性过程

5.

记录电池开路电压

RT

5.

执行峰值功率测试制度

RT

6.

重复步骤1～5，每隔10%SOC执行一次峰值功率测试制度直到SOC=10%

RT

三、电池自放电率及容量衰减

电池在长时间存储的情况下会发生容量减少的现象，这称为自放电；在高低温下存储的电池会发生不可逆的容量损失现象，这称为容量衰减。

需要测试电池在低温（-20℃、0℃），室温（20℃±5℃）和高温（60℃）下存储的电池自放电以及容量衰减。

测试中的电池自放电率要达到5%，偏离太多要调整存储时间。

3.1室温下电池自放电率以及容量衰减

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电，（放电容量记为C3）

RT

4.

静置30min

RT

5．

调整SOC至80%

RT

6．

标准放电，（放电容量记为C6）

RT

7．

静置30min

RT

8．

调整SOC至80%

RT

9．

搁置720h

RT

10．

标准放电，（放电容量记为C10）

RT

11．

标准充电

RT

12．

标准循环

RT

13．

标准放电，（放电容量记为C13）

RT

室温下电池自放电率

室温存储下电池容量衰减率

3.2非室温下电池自放电率以及容量衰减率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3．

将温度设置为目标温度，进行一个环境适应过程

目标温度

4.

标准放电，（放电容量记为C4）

目标温度

5.

将温度设置为室温，进行一个环境适应过程

RT

6.

调整SOC至80%

RT

7.

将温度设置为目标温度，进行一个环境适应过程

目标温度

8.

标准放电，（放电容量记为C8）

目标温度

9.

将温度设置为室温，进行一个环境适应过程

RT

10.

调整SOC至80%

RT

11.

将温度设置为目标温度，搁置720h

目标温度

12.

标准放电，（放电容量记为C12）

目标温度

13.

将温度设置为环境温度，进行一个环境适应过程

RT

14.

标准充电

RT

15.

标准循环

RT

16.

将温度设置为目标温度，进行一个环境适应过程

目标温度

17.

标准放电，（放电容量记为C17）

目标温度

非室温下电池自放电率

非室温存储下电池容量衰减率

四、冷启动

冷启动是测试电池在低温环境下瞬间提供高功率输出的能力，对于电池在实车上的应用来讲是一个非常重要的参数。

测试选择的温度为-20℃。

冷启动测试步骤

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

调整SOC至20%或者供应商允许的最低SOC

RT

4.

进行一个环境适应过程

-20℃

5.

恒压放电，持续5s

-20℃

6．

静置10s

-20℃

7.

重复步骤5～6两次

-20℃

冷启动功率计算时，先计算每个恒压放电脉冲电池放电功率的平均值，在计算三次恒压放电功率平均值。

五、电荷接受能力

需要测试的是低温、常温以及高温下电池的在不同电流下充电的电荷接受能力。

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

调整温度为目标温度，进行一个环境适应过程

目标温度

5.

以1/3C的电流充电至供应商规定的充电截止电压

目标温度

6.

调整温度为室温，进行一个环境适应过程

RT

7.

标准放电

RT

8.

调整温度为目标温度，进行一个环境适应过程

目标温度

9.

重复步骤5～7，分别进行2/3C、1C的充电

目标温度

六、振动

参考《电动汽车用锂离子动力蓄电池系统测试规程-第1部分-高功率应用》，测试中还需要包括本测试方法第二部分关于峰值功率的测试。

七、快速充电

快速充电测试要求，电池从SOC40%充电至80%的时间小于15min。

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

调整SOC为40%

RT

4.

静置30min

RT

5.

标准放电，记录放电容量

RT

6.

静置30min

RT

7.

调整SOC为40%

RT

8.

以1.6C充电15min

RT

9．

静置30min

RT

10．

标准放电，记录放电容量

RT

八、连续高功率输出

该测试模拟的电动车进行较长时间爬坡的工况，电池在较长时间（几分钟）都有较高的功率需求。

电池的测试选定SOC为50%，需要进行低温、室温以及高温的测试。

连续高功率输出的功率值选择需要进行数据调研再确定，电池从固定的SOC处放电直到放光电持续的时间不少于6min。

九、电池充放电库伦效率及能量效率

电池效率是电池系统应用中非常重要的一个参数，在电池建模以及SOC估算等方面是一个非常关键的参数。

9.1电池充放电库伦效率

电池充放电库伦效率一般都比较高，接近100%，在很多场合是可以忽略不计的。

本测试中需要对电池的库伦效率进行一种近似的测试，数据只能提供参考作用。

9.1.1室温下电池库伦效率测试

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

静置30min

RT

5.

以1/3C电流充电至SOC大致为50%

RT

6.

静置30min

RT

7.

标准放电

RT

8.

放电电荷量/充电电荷量即为电池在1/3C电流下的库伦效率

RT

9.

重复步骤2～8，测量电池在2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C下的库伦效率

RT

9.1.2低温下电池库伦效率测试

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

进行一个环境适应过程

0℃

5.

以1/3C电流充电至SOC大致为50%

0℃

6.

静置30min

0℃

7.

标准放电

0℃

8.

放电电荷量/充电电荷量即为电池在1/3C电流下的库伦效率

0℃

9.

重复步骤1～8，测量电池在2/3C、1C下的库伦效率

10.

进行一个环境适应性过程

RT

11.

标准循环

RT

12.

标准放电

RT

13.

进行一个环境适应过程

-20℃

14.

以1/3C电流充电至SOC大致为50%

-20℃

15.

静置30min

-20℃

16.

标准放电

-20℃

17.

放电电荷量/充电电荷量即为电池在1/3C电流下的库伦效率

-20℃

9.1.3高温下电池库伦效率测试

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

进行一个环境适应过程

40℃

5.

以1/3C电流充电至SOC大致为50%

40℃

6.

静置30min

40℃

7.

标准放电

40℃

8.

放电电荷量/充电电荷量即为电池在1/3C电流下的库伦效率

40℃

9.

重复步骤1～8，测量电池在2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C下的库伦效率

9.2电池充放电能量效率

电池充放电能量效率测定过程中默认电池的充放电库伦效率为100%，借助于电池开路电压曲线，电池的充放电能量效率可以分别测定得。

9.2.1室温下电池充电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

静置30min

RT

5.

以1/3C电流充电至供应商规定的充电截止电压

RT

6.

静置30min

RT

7.

重复步骤2～6，分别进行2/3C、1C充电

RT

9.2.2低温下电池充电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

进行一个环境适应过程

0℃

5.

以1/3C电流充电至供应商规定的充电截止电压

0℃

6.

重复步骤1～5，分别进行2/3C充电

7.

进行一个环境适应过程

RT

8.

标准循环

RT

9.

标准放电

RT

10.

进行一个环境适应过程

-20℃

11.

以1/3C电流充电至供应商规定的充电截止电压

-20℃

9.2.3高温下电池充电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

标准放电

RT

4.

进行一个环境适应过程

40℃

5.

以1/3C电流充电至供应商规定的充电截止电压

40℃

6.

重复步骤1～5，分别进行2/3C、1C充电

9.2.4室温下电池放电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

以1/3C电流放电至供应商规定的放电截止电压

RT

4.

静置30min

RT

5.

重复步骤2～4，分别进行2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C放电

RT

9.2.5低温下电池放电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

进行一个环境适应过程

0℃

4.

以1/3C电流放电至供应商规定的放电截止电压

0℃

5.

重复步骤1～4，分别进行2/3C、1C放电

6.

进行一个环境适应过程

RT

7.

标准循环

RT

8.

进行一个环境适应过程

-20℃

9.

以1/3C电流放电至供应商规定的放电截止电压

-20℃

9.2.6高温下电池放电能量效率

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

进行一个环境适应过程

40℃

4.

以1/3C电流放电至供应商规定的放电截止电压

40℃

5.

重复步骤1～4，分别进行2/3C、1C、4/3C、5/3C、2C放电

十、循环寿命和使用寿命

电池的寿命分为循环寿命和使用寿命，循环寿命是检测电池寿命长短的一个基本参数，在测试过程中要报告电池的开路电压、静态容量、效率、内阻等参数。

电池的使用寿命是模拟电池在实车应用中的工作寿命，在测试的过程中固定电池的SOC在一范围之内，执行使用寿命测试的充放电制度，这一充放电制度由实车运行中国城市典型工况所得。

测试过程中当SOC超出设定的范围要对电池进行充放电调整。

10.1循环寿命测试方法

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应性过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

静置30min

RT

4.

电池重复1/3C充放电

RT

5.

每100个循环，电池进行一组性能检测测试，包括静态容量、峰值功率、效率测试

RT

6.

电池容量小于80%额定容量之后认为电池寿命结束

10.2使用寿命测试方法

由中国城市公交工况下电池功率曲线，简化出能量型锂离子电池使用寿命充放电制度。

选定电池工作SOC范围为80%～20%。

不断执行电池使用寿命充放电制度，如果电池SOC超出设定的范围则调整SOC，电池每天执行使用寿命充放电制度的时间在10h左右，每30天进行一组性能检测测试，包括静态容量、峰值功率、效率测试，当电池容量小于80%额定容量之后认为电池寿命结束。

十一、安全性能测试

电池进行所有安全性能测试的时候，都要求不爆炸、不起火、不漏液。

11.1过放电测试方法

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准循环

RT

3.

以1/3C电流放电至电池电压为0V

RT

11.2过充电测试方法

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

标准放电

RT

3.

静置30min

RT

4.

以1/3C电流充电至电池电压为4.5V或充电时间达到4.5h

RT

5.

静置30min

RT

6.

标准放电

RT

7.

静置30min

RT

8.

以1C电流充电至电池电压为9V

RT

11.3短路测试方法

序号

内容

温度

1.

进行一个环境适应过程

RT

2.

将蓄电池经外部短路10min，（外部线路电阻小于5mΩ）

RT

11.4跌落测试方法