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HPPC测试应用案例:内阻测试及研究!

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上一篇:动力电池HPPC的测试原理和方法

Lou T T[1]等采用8Ah三元材料动力电池组测试研究,采用HPPC方法测试内阻,对欧姆内阻与电流、SOC及温度的关系进行了考察,得到了容量、温度与内阻关系曲线,不同温度下的容量与欧姆内阻的关系,为电池功率在线预测提供数据支持。

图1 HPPC简化等效电路(a)及脉冲测试工步(b)


图1(a)中简化等效电路的关系式为:U=OCV-R×I,OCV为某个单体在当前荷电状态下的开路电压,R与I分别为某时刻该电池的内阻和电流,HPPC测试曲线如图1(b)所示,可得到欧姆内阻、极化内阻、放电功率、再生充电功率、电池最大充放电电流等信息,计算公式详见公式(7)-(16)。


若电池工作电压上下限为Umin≤U≤Umax,OCV为在特定SOC下的开路电压,可进一步推出电池允许的最大放电电流为:


因此,也可推断得到单体电池的充放电最大功率为


郭宏榆[2]等研究了8Ah锰酸锂串联电池组每个单体在不同温度下的内阻分布情况,结果显示相同温度下同批次电池的内阻基本一致,单个电池内阻特性可以代表整组电池的内阻特性;在不同温度下每隔10%SOC对电池进行HPPC脉冲充放电测试,考察不同荷电状态下的电池内阻、不同温度下及30%~80%工作区间内,各种温度条件下,内阻随SOC变化慢,可对该区间内阻变化忽略处理。温度是影响电池内阻的关键因素,可以忽略SOC对电池内阻的影响。该文献中采用最小二乘法拟合曲线,利用Matlab软件计算,实现了非线性最小二乘法拟合。拟合结果表明四阶多项式可以反映电池内阻和温度之间的关系。


张方亮等[3]采用HPPC对磷酸铁锂电池欧姆内阻进行测试,得到欧姆内阻和放电倍率、SOC之间的关系,结论得出电池欧姆内阻随SOC的减小呈逐渐增大趋势,但阻值最大变化量为0.5mΩ。林春景等[4]采用HPPC研究了不同温度下的磷酸铁锂电池内阻特性,考察了环境温度、SOC对电池充放电欧姆内阻、极化内阻和总电阻的影响,得出欧姆内阻对温度的敏感性比极化内阻更高,欧姆内阻增加的变化率逐渐增大,结论是在一定温度下,极化内阻比欧姆内阻随SOC变化更大,而在0.2℃~0.8℃范围内的电池充放电内阻基本稳定,可获得更好的功率特性。温度下降,磷酸铁锂电池的充放电内阻均会增加,充电内阻比放电内阻更大,当温度低于0℃时,内阻增大高于10mΩ,因此磷酸铁锂电池充电环境温度宜大于0℃[5]。


Joongpyo S等[6]采用三元软包电池(镍钴铝为正极,石墨为负极)研究了高功率锂离子电池在长期循环下的特性,考察电池不同放电深度下(100%与70%放电深度)的循环性能和脉冲能力。100%DOD电池的容量和功率衰减比70%DOD的电池衰减更快。电池循环后的总内阻升高,电解质的欧姆内阻基本保持稳定。每隔80个循环测试采用HPPC工步测试电池的内阻,某一电池测试结果ASI值和脉冲功率能力变化如图2所示,计算18s放电区域的内阻(ASI)及放电脉冲功率,在480个循环后,电池只能于60%DOD时执行HPPC测试,内阻比新电池的内阻增高了2.5倍,而放电功率比初始阶段下降了30%。虽然较初始容量衰减了30%,但由于内阻增加能量可衰减70%。采用电化学工作站对电池内阻进行了扫描测试,结果与HPPC的研究结果相符。

图2 电池循环HPPC内阻及功率测试结果


参考:谢乐琼等. "动力电池重要测试方法:混合脉冲功率特性测试." 电池工业 5(2018):8.

[1] Lou, T. ,  Zhang, W. ,  Guo, H. , &  Wang, J. . The internal resistance characteristics of lithium-ion battery based on HPPC method.

[2] 郭宏榆,姜久春,王吉松,等.功率型锂离子动力电池的内阻特性[J]北京交通大学学报201135():120-123

[3]张方亮.不同放电倍率下的锂电池欧姆内阻测试分析[J]电源世界2016936-38.

[4]林春景,李斌,常国锋,等.不同温度下磷酸铁锂电池内阻特性实验研究[J]电源技术.2015.1139(1):22-25.

[5]孙逢春. Experimental study on thermal characteristics of LiFePO_4 power batteries[J]. 高技术通讯:英文版, 2010(4):6.

[6] Shim J ,  Striebel K A . Characterization of high-power lithium-ion cells during constant current cycling. Part I. Cycle performance and electrochemical diagnostics.  2003.

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