动力电池容量测试实验复习过程.ppt

动力电池容量测试(cèshì)实验第一页，共28页议题议题(yìtí) 动力电池动力电池容量测试实验目的及设备容量测试实验目的及设备1动力电池充容量测试实验操作及过程动力电池充容量测试实验操作及过程2第二页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池容量，以符号C表示其单位常用A·h或mA·h表示•（1）理论容量(C0)，即假定活性物质全部参加电池的成流反应所能提供的电量理论容量可根据电池反应式中电报活性物质的用量，按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量求出•（2）额定容量（C ），即按国家或有关部门规定的标准，保证电池在一定的放电条件（如温度、放电率、终止电压等）下应该放出的最低限度的容量•（3）实际容量（C），即指在实际应用工作情况下放电，电池实际放出的电量他等于放电电流与放电时间的积分(jīfēn)，实际放电容量受放电率的影响较大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率，如C =50A·h，表明在20小时率下的容量为50A·h第三页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•实际容量的计算方法如下(rúxià)：•恒电流放电时C=IT•变电流放电时 •电池的实际容量与放电电流密切相关，大电流放电时，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降很快，电池的能量效率降低，因此实际放出的容量较低。

相应地，在低倍率放电条件下，放电电压下降缓慢，电池实际放出的容量常常高于额定容量 第四页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•4)剩余容量剩余容量是指在一定放电倍率下放电后，电池剩余的可用容量剩余容量的估计和计算(jì suàn)受到电池前期应用的放电率、放电时间等因素以及电池老化程度、应用环境等多种因素影响，所以在准确估算上存在一定的困难•一般以电池荷电状态(state of charge，SOC)描述电池的剩余电量，第五页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•荷电状态参数与电池的充放电历史和充放电电流大小有关•荷电状态值是个相对量．一般用百分比的方式来表示，SOC的取值为：0≤SOC≤100%：目前较统一的是从电量角度定义SOC，如美国先进电池联合会(USABC)在其《电动汽车电池实验手册(shǒucè)》中定义SOC为：电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值•SOC第六页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•由于SOC受充放电倍率、温度(wēndù)、自放电、老化等因素的影响，实际应用中要对SOC的定义进行调整。

•例如，日本本田公司电动汽车EV Plus定义SOC为：•其中，剩余容量等于额定容量减去净放电量、自放电量、温度(wēndù)补偿容量后的差值第七页，共28页动力电池的容量(róngliàng)参数•动力电池的充放电过程是个复杂的电化学变化过程，电池剩余电量受到动力电池的基本特征参数(端电压、工作电流、温度、容量、内部压强、内阻和充放电循环次数)和动力电池使用特性因素的影响，使得对电池组的荷电状态SOC的测定很困难•目前关于电池组电量的研究，较简单的方法是将电池组等效为一个电池单体，通过测量电池组的电流、电压、内阻等外界参数，找出SOC与这些参数的关系，以间接地测试电池的SOC值应用过程中，为确保电池组的使用安全和使用寿命，也常使用电池组中性能最差电池单体的SOC来定义电池组的SOC目前常用(chánɡ yònɡ)的SOC估算法有开路电压法、安时累积法、电化学测试法、电池模型法、神经网络法、阻抗频谱法以及卡尔曼滤波法等第八页，共28页动力电池的内阻(nèi zǔ)参数•电流通过电池内部时受到阻力，使电池的工作电压降低，该阻力称为电池内阻，由于电池内阻的作用，电池放电时端电压低于电动势和开路电压。

充电时充电的端电压高于电动势和开路电压电池内阻是化学电源的一个极为重要的参数，它直接影响电池的工作电压、工作电流、输出能量与功率等，等于一个实用的化学电源，其内阻越小越好•电池内阻不是常数，他在放电过程中根据活性物质的组成、电解液浓度(nóngdù)和电池温度以及放电时间而变化电池内阻包括欧姆内阻（RΩ）和电极在化学反应时所表现出的极化内阻(R )，两者之和称为电池的全内阻(R )第九页，共28页动力电池的内阻(nèi zǔ)参数•欧姆内阻主要是由电极材料、电解液、隔膜的内阻及各部分零件的接触电阻组成它与电池的尺寸、结构、电极的成形方式(如铅酸蓄电池的涂膏式电极与管式电板，碱性蓄电池的有极盒式电极和烧结式电极)以及装配的松紧度有关欧姆内阻遵守欧姆定律•极化内阻是指化学电源的正极与负极在电化学反应进行时由于极化所引起的内阻它是电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和极化内阻与活性物质的本性、电极的结构、电池的制造工艺有关，尤其是与电池的工作条件密切相关，放电电流和温度对其影响很大在大电流密度下放电时，电化学极化和浓差极化均增加，甚至可能引起负极的钝化(dùn huà)，极化内阻增加低温对电化学极化、离子的扩散均有不利影响，故在低温条件下电池的极化内阻也增加。

因此极化内阻并非是一个常数，而是随放电率、温度等条件的改变而改变第十页，共28页动力电池的能量(néngliàng)与能量(néngliàng)密度参数•电池的能量是指电池在一定放电制度下，电池所能释放出的能量，通常用W·h或kW·h表示电池的能量分为理论能量和实际能量•(1)理论能量 假设电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持(bǎochí)电动势 (E)的数值，而且活性物质的利用率为100%，即放电容量为理论容量，则在此条件下电池所输出的能量为理论能量W0，即•(2)实际能量 实际能量是指电池放电时实际输出的能量它在数值上等于电池实际放电电压、放电电流与放电时间的积分，即第十一页，共28页动力电池的能量(néngliàng)与能量(néngliàng)密度参数•电池的能量密度是指单位质量或单位体积的电池所能输出的能量，相应地称为质量能量密度(W·h／kg)或体积能量密度(W·h／L)，也称质量比能量或体积比能量在电动汽车应用方面，蓄电池质量比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，而体积比能量影响到蓄电池的布置空间因而(yīn ér)比能量是评价动力电池能否满足电动汽车应用需要的重要指标。

同时，比能量也是比较不同种类和类型电池性能的一项重要指标比能量也分为理论比能量 (W)和实际比能量(W′)第十二页，共28页动力电池的能量与能量密度(mìdù)参数•实际比能量对应于实际能量，是单位质量或单位体积电池反应物质所能输出的实际能量，由电池实际输出能量与电池质量(或体积)之比来表征•G——电池的质量； V——电池的体积•由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量实际比能量与理论比能量的关系可以(kěyǐ)表示为•KE——电压效率；KR——反应效率；Km——质量效率第十三页，共28页动力电池的能量(néngliàng)与能量(néngliàng)密度参数•动力电池在电动汽车的应用过程中,由于电池组安装需要相应的电池箱、连接线、电流电压保护装置等元器件，因此，实际的电池组比能量小于电池比能量，电池组比能量是在电动汽车应用中更加重要的参数(cānshù)之一电池比能量与电池组比能量之间的差距越小，电池的成组设计水平越高，电池组的集成度越高•电池组的质量比能量常常成为电池组性能的重要衡量指标•电池组的质量比能量比电池比能量低20%以上第十四页，共28页动力(dònglì)电池容量检测 •1)静态(jìngtài)容量检测 •该测试的主要目的是确定车辆在实际使用时，动力电池组具有充足的电量和能量，满足各种预定放电倍率和温度下正常工作。

•主要的试验方法为恒温条件下恒流放电测试，放电终止以动力电池组电压降低到设定值或动力电池组内的单体一致性 (电压差)达到设定的数值为准第十五页，共28页动力(dònglì)电池容量检测 •2)动态容量检测 •电动汽车行驶过程中，动力电池的使用温度(wēndù)、放电倍率都是动态变化的：该测试主要检测动力电池组在动态放电条件下的能力•其主要表现为不同温度(wēndù)和不同放电倍率下的能量和容量•其主要测试方法为采用设定的变电流工况或实际采集的车辆应用电流变化曲线，进行动力电池组的放电性能测试，试验终止条件根据试验工况以及动力电池的特性有所调整，基本也是遵循电压降低到一定的数值为标准•该方法可以更加直接和准确地反应电动汽车的实际应用需求第十六页，共28页动力电池的容量(róngliàng)与充放电倍率测试•容量和充放电倍率关系（不同电流值下充放电能力不同）•测试锂电池在不同电流值下的充电容量和放电容量，可以了解锂电池的倍率性能•若纯电动车用动力电池在使用过程中一般(yībān)为0.3C倍率放电时可以循环500次，则在0.5C倍率或更高倍率下放电可能直接影响电池的使用寿命第十七页，共28页。

动力电池的容量(róngliàng)与充放电倍率测试•容量(róngliàng)和及其与充放电倍率关系测试•所需设备：•恒温箱，实现测试温度的控制，温度设定特征值：0℃、20℃、40℃•可编程直流电子负载及可编程直流电源（或者充放电测试设备），实现恒定放电电流的设定和控制，充放电倍率特征值：0.2C、0.5C、1.0C•电池参数采集设备，能记录电池的电压、电流、温度等参数•测试步骤•第一次充满—>第一次暂停—>放电—>第二次暂停—>第二次充满•计算分析和测试报告输出第十八页，共28页动力电池容量测试实验(shíyàn)目的及设备•一、实验目的•1.掌握动力电池容量测试设备的功能和使用方法；•2.掌握动力电池容量与放电倍率的关系•二、实验设备•1.XP-EVBT400-150 型动力电池测试系统或其他动力电池测试装置、可编程电子负载等；•2.单体电池信号采集线缆转接箱；•3.动力电池包（含电池管理系统）；•4.上位机电脑(diànnǎo)•5.万用表等工具若干•6. 绝缘扳手、绝缘手套等护具若干第十九页，共28页动力电池容量测试(cèshì)设备举例第二十页，共28页动力电池容量测试设备(shèbèi)举例•XP-EVBT400-150 型动力电池测试系统(xìtǒng)（电源柜和采样柜两部分组成）•动力电池包（108串锂离子动力电池单体(dān tǐ)串联成组，含电池管理系统）绝缘手套绝缘扳手第二十一页，共28页。

•电源柜•设备的电源柜内部(nèibù)包括前端单元模块（AFE单元）与软启动、后端单元模块（IVC单元） 、控制单元、380V接入及指示灯等部件第二十二页，共28页•采样柜•主要(zhǔyào)由温度采集模块、电压采集模块等组成，实现动力电池电压、电流、温度等各种参数测采集功能•采集信号转接装置第二十三页，共28页•2.设备功能•1）BMS功能测试及校验；•2）模拟(mónǐ)工况测试；•3）倍率性能测试；•4）温度分布测试；•5）汽车系统性能测试；•6）容量和内阻测试第二十四页，共28页动力动力(dònglì)电池容量测试实验操作及过程电池容量测试实验操作及过程实验(shíyàn)操作及过程1.按要求将动力电池包连接到动力电池测试装置2.将动力电池测试装置通电3.将动力电池测试装置连接到上位机电脑4.在上位机打开动力电池充放电上位机软件5.打开设备总开关6.等待AFE READY 指示灯亮后按下RUN按钮，此时AFE RUN 指示灯应亮起；7.若IVC工作，IVC指示灯亮；8.添加设备并进行串口配置第二十五页，共28页动力电池容量测试实验操作动力电池容量测试实验操作(cāozuò)及过程及过程•9.新建和编辑工步文件；•步骤1：新建工步文件。

•步骤2：参数设置中，参数名选择电流，参数值为20，亦即用20A电流充电•步骤3：单击“限制条件”按钮编辑限制条件•步骤4：编辑动作，设置“命令”为GOTO，参数为我们建立的××工步，亦即完成此项工步后降跳转到××工步继续执行•步骤5：编辑“寄存器参数”，进入寄存器编辑界面(jièmiàn)，在“候选列表”中选择采样周期，依次单击添加、退出，在寄存器栏目中设置相应的值•步骤6：保存工步文件第二十六页，共28页锂离子动力电池的分析测试•1）常规容量测试工步设置参考•常温测试：电池在（20±5）℃的温度下以1C电流放电到终止(zhōngzhǐ)电压所获得的容量•高温测试：电池在（55±5）℃的温度下以1C电流放电到终止(zhōngzhǐ)电压所获得的容量•2）不同倍率下电池容量和放电倍率之间的关系测试•0.2C倍率下的电池容量测试（温度及其他条件同上）•0.5C倍率下的电池容量测试（温度及其他条件同上）第二十七页，共28页•10.打开通讯接口；•11.启动测试；•12.测试完毕后按下“启动/停止”按钮停止测试•13.调取日志文件、数据文件、工步文件等进行数据处理和分析，记录电池容量和内阻等数据。

•14.测试完毕按下停止按钮，关闭总电源开关•15.断开电源柜电源线•16.关闭上位机电脑•17. 确认电池状态，如果电量不足，及时(jíshí)充电•18.整理、清洁实验室第二十八页，共28页。