锂离子电池试验规程—能量型蓄电池电池包和系统

能量型蓄电池电池包和系统

本试验方法以《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》为基础而制定，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包和系统规定了测试项目和测试方法。

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，在进行测试前测试样品需要完成环境适应过程：在低温下静置不少于24h；在高温下静置不少于16h；或单体电池温度与目标环境温度不超过2℃，测试样品如果包含蓄电池控制单元，则环境适应过程需要将其关闭。

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1C恒流放电（100-n）/100h。每次SOC调整后，新的测试开始前受试装置需要静置1h。

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：±0.5℃

——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℃

6.标准充电方法：

 室温下，按照企业规定的充电方法进行充电；若企业未提供充电放大，则依据以下方法进行充电：

    以1C电流恒流充电至企业规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电电流降至0.05C时停止充电，若充电过程中有单体蓄电池电压超过充电终止电压0.1V时则停止充电。   

7.标准放电方法：

    室温下，蓄电池模块以1C电流放电至任一单体蓄电池电压到放电终止电压。

8.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；

b)静置30min；

c)标准充电；

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。

    本试验规程提到的“标准循环”的环境温度时室温（RT），而单独提到的“标准放电”和“标准充电”的环境温度按具体条款的规定执行。

9.(T):某试验环境温度下最大允许的持续放电电流；

  ：某SOC，试验环境温度T，脉冲持续时间t下的最大允许放电

  电流。

一、电池容量与能量

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）

1.2 室温下电池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.	进行一次标准放电	RT
4.	静置30min	RT
5.	进行一次标准充电	RT
6.	静置30min	RT
7.	以(T)放电至企业规定的截止电压	RT
8.	用电流时间乘积积分可得电池容量，电流电压乘积积分可得电池能量，记录步骤3和7的容量和能量	RT

1.3 低温下电池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1C和(T)电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压
8.	进行一个环境适应过程	RT
9.	进行一个标准循环	RT
10.	电池所处环境温度降低为-20℃，进行一个环境适应过程	-20℃
11.	以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压	-20℃
12.	电池所处环境温度升高为室温，进行一个环境适应过程	RT
13.	标准充电	RT
14.	重复步骤10～13，分别进行1C和(T)电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压
15.	用电流时间乘积积分可得电池容量，电流电压乘积积分可得电池能量，记录步骤4、7、11和14的容量和能量	RT

1.4 高温下电池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40℃，进行一个环境适应过程	40℃
4.	以1/3C倍率电流放电至供应商规定的放电截止电压	40℃
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1C和(T)电流放电，放电截止电压为供应商规定的截止电压
8..	用电流时间乘积积分可得电池容量，电流电压乘积积分可得电池能量，记录步骤4和7容量和能量	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-20℃、0℃、室温（25℃±5℃）、40℃。  

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
102	120	0.75
40	160	0
20	180	-0.75
40	220	0

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

时间

S	电压 V	电流 A	对应电流值 A
0	U0	I0	0
0.1	U1	I1
2	U2	I2
5	U3	I3
10	U4	I4
18	U5	I5
18.1	U6	I6	0.75
20	U7	I7	0.75
30	U8	I8	0.75
60	U9	I9	0.75
90	U10	I10	0.75
120	U11	I11	0.75
160	U12	I12	0
160.1	U13	I13	-0.75
162	U14	I14	-0.75
170	U15	I15	-0.75
180	U16	I16	-0.75
220	U17	I17	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（25℃±5℃）和高温（40℃）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

七、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。

7.1 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。

7.1.1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1C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1C电流下的库伦效率	RT
9.	重复步骤2～8，测量电池在 (T) 下的库伦效率	RT

7.1.2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1C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1C电流下的库伦效率	0℃
9.	重复步骤1～8，测量电池在 (T) 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1C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1C电流下的库伦效率	-20℃
18.	重复步骤10～17，测量电池在 (T) 下的库伦效率

7.1.3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1C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1C电流下的库伦效率	40℃
9.	重复步骤1～8，测量电池在 (T) 下的库伦效率

7.2 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。

7.2.1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1C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 (T) 充电	RT

7.2.2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1C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 (T) 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1C电流充电至供应商规定的充电截止电压	-20℃
12.	重复步骤7～11，分别进行 (T) 充电

7.2.3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1C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 (T) 充电

7.2.4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1C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 (T) 放电	RT

7.2.5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1C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 (T) 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1C电流放电至供应商规定的放电截止电压	-20℃
10.	重复步骤6～9，分别进行 (T) 放电

7.2.6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1C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 (T) 放电

八、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。

8.1 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1C充放电	RT
5.	每100个循环，电池进行一组性能检测测试，包括容量、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

8.2 使用寿命测试方法

由中国城市公交工况下电池功率曲线，简化出功率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40%～60%。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。