Lou T T[1]等采用8Ah三元材料動力電池組測試研究,采用HPPC方法測試內阻,對歐姆內阻與電流、SOC及溫度的關系進行了考察,得到了容量、溫度與內阻關系曲線,不同溫度下的容量與歐姆內阻的關系,為電池功率在線預測提供數據支持。
圖1HPPC簡化等效電路(a)及脈沖測試工步(b)
圖1(a)中簡化等效電路的關系式為:U=OCV-R×I,OCV為某個單體在當前荷電狀態下的開路電壓,R與I分別為某時刻該電池的內阻和電流,HPPC測試曲線如圖1(b)所示,可得到歐姆內阻、極化內阻、放電功率、再生充電功率、電池最大充放電電流等信息,計算公式詳見公式(7)-(16)。
若電池工作電壓上下限為Umin≤U≤Umax,OCV為在特定SOC下的開路電壓,可進一步推出電池允許的最大放電電流為:
因此,也可推斷得到單體電池的充放電最大功率為
郭宏榆[2]等研究了8Ah錳酸鋰串聯電池組每個單體在不同溫度下的內阻分布情況,結果顯示相同溫度下同批次電池的內阻基本一致,單個電池內阻特性可以代表整組電池的內阻特性;在不同溫度下每隔10%SOC對電池進行HPPC脈沖充放電測試,考察不同荷電狀態下的電池內阻、不同溫度下及30%~80%工作區間內,各種溫度條件下,內阻隨SOC變化慢,可對該區間內阻變化忽略處理。溫度是影響電池內阻的關鍵因素,可以忽略SOC對電池內阻的影響。該文獻中采用最小二乘法擬合曲線,利用Matlab軟件計算,實現了非線性最小二乘法擬合。擬合結果表明四階多項式可以反映電池內阻和溫度之間的關系。
張方亮等[3]采用HPPC對磷酸鐵鋰電池歐姆內阻進行測試,得到歐姆內阻和放電倍率、SOC之間的關系,結論得出電池歐姆內阻隨SOC的減小呈逐漸增大趨勢,但阻值最大變化量為0.5mΩ。林春景等[4]采用HPPC研究了不同溫度下的磷酸鐵鋰電池內阻特性,考察了環境溫度、SOC對電池充放電歐姆內阻、極化內阻和總電阻的影響,得出歐姆內阻對溫度的敏感性比極化內阻更高,歐姆內阻增加的變化率逐漸增大,結論是在一定溫度下,極化內阻比歐姆內阻隨SOC變化更大,而在0.2℃~0.8℃范圍內的電池充放電內阻基本穩定,可獲得更好的功率特性。溫度下降,磷酸鐵鋰電池的充放電內阻均會增加,充電內阻比放電內阻更大,當溫度低于0℃時,內阻增大高于10mΩ,因此磷酸鐵鋰電池充電環境溫度宜大于0℃[5]。
Joongpyo S等[6]采用三元軟包電池(鎳鈷鋁為正極,石墨為負極)研究了高功率鋰離子電池在長期循環下的特性,考察電池不同放電深度下(100%與70%放電深度)的循環性能和脈沖能力。100%DOD電池的容量和功率衰減比70%DOD的電池衰減更快。電池循環后的總內阻升高,電解質的歐姆內阻基本保持穩定。每隔80個循環測試采用HPPC工步測試電池的內阻,某一電池測試結果ASI值和脈沖功率能力變化如圖2所示,計算18s放電區域的內阻(ASI)及放電脈沖功率,在480個循環后,電池只能于60%DOD時執行HPPC測試,內阻比新電池的內阻增高了2.5倍,而放電功率比初始階段下降了30%。雖然較初始容量衰減了30%,但由于內阻增加能量可衰減70%。采用電化學工作站對電池內阻進行了掃描測試,結果與HPPC的研究結果相符。
圖2 電池循環HPPC內阻及功率測試結果
審核編輯 :李倩
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原文標題:動力電池HPPC測試應用:內阻測試研究!
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