车用锂离子动力电池实验报告.docx

试验题目：车用锂离子动力电池实验目录试验题目：车用锂离子动力电池实验 11. 实验目的： 22. 动力电池简介 2a) 车载动力电池介绍 2b) 国内电动车用锂离子动力电池的标准 23. 实验仪器 34. 试验方法 45. 数据处理分析 5a) 分析不同温度下、不同倍率下电池能放出或充进的电量 5b) 电池的直流内阻特性(与温度、SOC关系) 7c) 电池开路电压与温度的关系 9d) 电池的开路电压稳定时间 10e) 电池的功率特性(与温度、SOC关系) 11f) 各温度下电池特性比较 126. 实验总结 147. 附录 14a) 参考文献 14b) 数据处理代码 151. 实验目的：1） 了解动力电池主要性能参数2） 了解动力电池基本性能试验标准及方法3） 了解动力电池试验设备4） 基本掌握试验结果分析方法2. 动力电池简介a） 车载动力电池介绍 新能源汽车动力电池可以分为蓄电池和燃料电池两大类，蓄电池用于纯电动汽车（EV）,混合动力电动汽车（HEV）及插电式混合动力电动汽车（PHEV）;燃料电池专 用于燃料电池汽车（FaV）主要类型有主要有阀控式铅酸蓄电池（VRLAB）、碱性电 池（Cd-Ni）电池、MH-Ni电池）、Li-ion电池、聚合物Li-ion电池、Zn-Ni电池、 锌-空气电池、超级电池、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃 料电池（DMFC） 等。

而就电池性能而言，不同需求造成了对电池的性能需求不同HEV有汽油发动机 作为动力来源，更强调加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求高达800— —1 200 W / kg）; PHE V和EV完全以电池作为动力，更强调充电后的续驶能力，因 而更关注电池的比能量（要求达到100——160 Wh/kg）在现有的新能源汽车动力电池中，锂离子电池生产成本相对较低，重复充电利用非 常方便，相比其他可携带能源具有更高的成本优势其还具有比能量高、比功率大、工 作范围宽等特点因此，这类电池成为了目前最受欢迎的动力源b） 国内电动车用锂离子动力电池的标准2001 年，我国出台了第一个锂离子电池国家标准指导性文件 GB/Z18333.1- 2001《电动道路车辆用锂离子蓄电池》在 2006 年，颁布了汽车行业标准 QC/T743- 2006《电动汽车用锂离子蓄电池》 该标准对锂离子单体蓄电池和锂离子蓄电池模块 的安全性分别规定了测试要求，主要包括：过放电、过充电、短路、跌落、加热、挤 压、针刺、耐振动等3. 实验仪器I 3•动力电池试验设备简介上位机,涮试編程电池吊放电机电池充放电机充放电模式怛流充电、怛压充电、怛流怛压充电、怛功率充电、SIM、脉冲充电恒流放电、恒功率放电、恒压放电、恒阻放电、SIM、脉冲放电截止条件主通道：电压、电流、相对时间、容量、-AV辅助通道：温度、电压温箱•温度范围占型；弋~1无匸 E型；-页〜150©： E型？ -D型；-60—150V湿國E围20-9S%RH港波动度^±0.5C .温度偏差疼士辺昶度均匀度W土兀湿度漁动度M ±2. 5%RH湿度偏差湿度》7534RH； -^+2-,」器曲；湿侵 < 75%RH: ± 5%RH电池出厂性能指标序号项目具体内容1电池种类三兀锂离子动力电池3标称容量37Ah4充电截止电压4.2V5放电截止电压2.8V6最大充电电流6C(连续)8C(10s,50%SOC)4. 试验方法步骤内容注意事项开始前根据试验内容，选择试验设备，并检查测试设备试验台架与温箱工作是否正常试验电池是否有破损第一步连接试验电池，准备试验测试过程所需要的传感器（如温度传感器）是否连接标注电池序号电池连接件是否紧固第二步设置试验设备试验台架的通道选择根据试验需求，设置温箱的控制温度第三步根据电池，设计试验方案，编写试验程序，确定采样频率设置电池充放电过程中的上下限电压电池运行过程中的跳转条件是否正确电池运行温度上下限第四步检查试验整体程序，操作试验设备开始试验检查试验过程中电池电压电流是否有异常情况电池初始电压是否正常电池电流是否有不正常跳变第五步采集整理并分析试验数据，整理实验设备与实验室整理实验室，保证实验室美观检查得到的试验数据是否有异常5. 数据处理分析a) 分析不同温度下、不同倍率下电池能放出或充进的电量利用所给excle容量测试数据，对于每个循环中的充电容量以及放电容量取平均值,计算如下表：平均容量-2502555温度1/330.1835.5939.4641.47131.1635.1138.5641.01334.5734.6937.9240.55倍率绘制电池容量与温度倍率的关系如下图：1C003C404060量不同温度下电池平均容量44.0042.0040.0032.00利用电池的标称容量：37Ah计算相应的SOC与DOD如下图:30.0020 0 20温度 温度-•^1/3C38.0036.00不同温度下电池SOC DOD1.200.001.000.200.800.400.600.400.800.201.00如图可见,随温度升高,电池的充电容量和放电容量都有所上升,可知,低温下,0.00-30 -20 -10 01/3C0.60 O * 1CD —3C -1/3 —1—•—31.2010 20 30 40 50 60坐标轴标题电池容量衰减得极快，而在常温左右，容量随着温度升高而增长，其速率相对低温下较 慢。

25£时，电池的容量仅为标称值的80%,而在0°C到55£,电池的容量从标称容 量的 95%升至 110%同时也可以看到当温度较高时,越小的充/放电倍率可以拥有越大的充/放电容量,相反当温度较低时（如在-25t）,越大的充/放电倍率可以拥有越大的充/放电容量机理分析：温度下降，电极的反应速率也下降假设电池电压保持恒定，放电电流 降低，电池的功率输出也会下降在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极 /电解液界面上 的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏如果温度上升则 相反，即锂聚合物电池输出功率会上升温度也影响电解液的传送速度，温度上升则加 快，传送温度下降，传送减慢，电池充放电性能也会受到影响b）电池的直流内阻特性（与温度、SOC关系）根据电流阶跃方法计算不同时间的直流充放电内阻 Rdch 和 Rchar 二 gdch,10sR = rcha,10s Idch利用 MATLAB 寻找下图中的脉冲状态cha实现所求功能2.4420-40放电20充电2.42 J静置40s42832632406080时间 （s）2.34 0 20 40时间 (s)60 80利用 MATLAB 处理数据，导入至 Excel 中，绘制得到如下图表直流充电电阻与SOC、温度关系阻SOCY-10 ~^~0T^10T^25T^40直流放电电阻与SOC、温度关系SOCT-10-*-0T-io 一*~25—•"40可见，无论是充电电阻还是放电电阻，都随温度降低而上升，特别是在零度以下格 外明显，同时，随着电池容量的下降，电池内阻也有所上升，当温度较低时，这个现象 更为明显。

在较宽的SOC区间内口 SOC值处于0.3〜1.0时，同一温度下电池的内阻基本上不变而在SOC值较低的情况下，如SOC值小于0.1这一区间，电池的内阻随着 SOC 的降低而急剧增加由充放电欧姆内阻曲线可以看出，25£虽然是10r和40t的中位温度，但是25£曲线明显地更倾向于40£曲线也就是说，相比高温，电池内阻的变化对于低温更加 敏感，变化的速度在低温下更大即温度越低，电池的充放电欧姆内阻随 SOC 值减小 而上升的速率和幅度均越大原理分析：随着温度的降低，电池充放电的欧姆内阻增加这是因为，上述测试方 法得到的是电池的直流内阻，该直流内阻主要由电池极板、极柱等金属连接件和电解液 的欧姆内阻共同组成本试验中使用的电解液为锂盐电解质和有机溶剂，该电解液主要 依靠电解质的离子导电，因此，在一定的温度范围内，温度降低，离子迁移速度降低， 电解液的欧姆内阻增大，由于电解液的内阻是电池欧姆内阻的主要来源，因此，温度降 低，电池的欧姆内阻增大同时，温度降低，离子移动速度减慢，化学反应速度降低， 浓差极化和电化学极化增大，这使得极化内阻也增大两者叠加，使得总内阻增大c) 电池开路电压与温度的关系根据电池静置的电压，得到不同温度下的开路电压 UOCV开路电压与SOC、温度关系t^io -•-o t^ioT—25T-40如图可见，磷酸铁锂电池的开路电压随着电池 SOC 的增加而单调增加。

但是 SOC-OCV曲线在很宽广的中段SOC范围内上升缓慢，曲线非常平坦，在SOC值为0.2〜0.6的区间里，电池的开路电压OCV随着SOC值的变化而变化很小；而磷酸铁锂电池 在SOC值大于0.6的范围内，电池的开路电压OCV随着SOC值的升高上升得非常 快关于环境温度对电池开路电压的影响，我们可以看到不同温度下得到的 SOC-OCV 曲线基本相同，原因分析如下：Nernst方程指出，OCV与电池的标准电动势、电池热 力学温度和反应物产物量的浓度积有关，由于方程中的温度以热力学温度计算，因此， 在 10〜40£的温度范围内，其OCV的相对差异很小d) 电池的开路电压稳定时间开路电压稳定时间与SOC、温度关系0.20.40.60.81SOC40O5o O3 2数次样采10601.2如图可见，由于计算处理方法的问题，所得的电压稳定时间曲线波动较大，这也与 采样时间选取较长，且瞬态测量不够稳定所造成，不过可见温度越低，稳定时间越长， 这是由于化学反应速度与温度有关对于 SOC 与稳定时间的关系，情况有所波动，不过总体可见，随着电池 SOC 增 大，电压稳定时间变短e）电池的功率特性（与温度、SOC关系）根据直流内阻及电池开路电压、最低允许工作电压（Umin）、最高允许工作电压（Umax）计算电池的充放电最大功率Pdch、Pcha，绘制相关图表Rdch,30sRcha,10sP30s,dchdch(U -U )UOCV min minR30s,dchP10s,chaU - U4 3Icha(U - U )Umax OCV maxRcha,10s充放电功率与SOC、温度关系 --10放SOCY-0放-*-10 放T—25 放T-40 放T-10 充T-0充。