《新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修》 課件 2-3 動力電池充放電測試

Lightupeveryone'sfuture新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修能力模塊二新能源汽車動力電池單體檢修任務(wù)三完成動力電池充放電測試知識目標(biāo)1.了解動力電池循環(huán)壽命測試的意義。2.掌握分析動力電池充放電異常情況的方法。3.掌握動力電池SOC和SOH的概念與測量方法。1.具備搭建電池放電電路，并按照技術(shù)參數(shù)要求對其進(jìn)行放電測試的能力。2.具備搭建電池充電電路，并按照技術(shù)參數(shù)要求對其進(jìn)行充電測試的能力。1.了解吉利的企業(yè)文化，感受創(chuàng)新精神的重要性。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)導(dǎo)入你測試完3家供應(yīng)商提供的單體樣品，要求3家供應(yīng)商提供成組后的PACK進(jìn)行充放電測試，主管要求你做好3家供應(yīng)商提供的動力電池的測試報告。目錄Contents動力電池老化的定義01鋰離子電池的組成02循環(huán)壽命測試04影響電池循環(huán)壽命的因素03目錄Contents電池的串、并聯(lián)的作用05兩種電池模組成組方案的優(yōu)缺點06動力電池的SOC與SOH08動力電池充放電異常情況分析07實訓(xùn)09動力電池老化的定義01電池老化指的是電池裝配注液完成后第一次充電化成后的放置，分為常溫老化和高溫老化兩種，用途是使電池初次充電后形成的SEI膜的性質(zhì)和組成能夠穩(wěn)定。常溫老化的溫度為25℃，高溫老化的溫度各廠不同，有的廠用38℃，也有用45℃的。老化的時間在48-72小時之間。定義老化的目的有兩個，一是讓電池內(nèi)的電解液充分的浸潤，二是讓正負(fù)極活物質(zhì)中的某些活躍成分通過一定的反應(yīng)失活，使得電池整體性能表現(xiàn)更為穩(wěn)定。動力電池老化的定義01鋰離子電池的組成02鋰離子電池的組成02鋰離子電池的組成電池包的組成

常用的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）等材料；鋰離子電池是以鋰離子嵌入化合物為正極材料的電池的總稱。負(fù)極材料主要有碳材料，還有在研發(fā)的錫基、硅基合金類等材料。鋰離子電池的組成02鋰離子電池的組成鋰離子單體電池組成結(jié)構(gòu)以圓柱形鋰離子電池為例，單體電池組成結(jié)構(gòu)如右圖所示。鋰離子單體電池結(jié)構(gòu)基本相同，主要由正極、負(fù)極、隔離膜、電解液和殼體等組成。影響電池循環(huán)壽命的因素03影響電池循環(huán)壽命的因素03電解質(zhì)的影響金屬鋰的沉積正極材料的分解外部使用因素其他因素電池循壞壽命的影響因素循環(huán)壽命測試04循環(huán)壽命測試04循環(huán)壽命測試國標(biāo)規(guī)定鋰離子電池的循環(huán)壽命測試條件及要求（以三元鋰電池為例）電池在23±2℃的環(huán)境溫度下，用1C的充電倍率，以恒流恒壓的充電制度充電150分鐘，再以1C的恒流的放電制度放電至2.75V截止為一個循環(huán)。當(dāng)有一次放電時間小于36分鐘時，試驗結(jié)束。電池的循環(huán)次數(shù)必須大于300次。此標(biāo)準(zhǔn)是針對電池深充深放方式進(jìn)行的，按照此模式電池循環(huán)300次后，電池的容量保證有60%。循環(huán)壽命測試04循環(huán)壽命測試IEC規(guī)定鋰電池標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試（以三元鋰電池為例）電池以0.2C的放電倍率放電至3.0V，1C的充電倍率恒流恒壓充電至4.2V截止電流為20mA后擱置1小時，電池再以0.2C的放電倍率放電至3.0V（1個循環(huán)），反復(fù)測試500個循環(huán)后電池的容量保持在60%以上。電池的串、并聯(lián)的作用05電池的串、并聯(lián)的作用電池的串、并聯(lián)的作用051.滿足新能源汽車對高功率、大容量的需求；2.將電池串聯(lián)，增加電池組的電壓；3.將電池并聯(lián)，增加電池組的容量。兩種電池模組成組方案的優(yōu)缺點06兩種電池模組成組方案的優(yōu)缺點06成組方案可靠性安全性電芯管理成本過流能力先串后并低電弧高高先并后串高熱失控風(fēng)險低低兩種電池模組成組方案的優(yōu)缺點兩種成組方案的優(yōu)劣勢對比動力電池充放電異常情況分析07動力電池充放電異常動力電池充放電異常情況分析07電池組電壓故障電池組絕緣異常電池組溫度故障電池組SOC異常動力電池充放電異常情況電池組電壓異常檢查與處理方法動力電池充放電異常情況分析07電池組溫度異常檢查與處理方法動力電池充放電異常情況分析07電池組SOC異常檢查與處理方法動力電池充放電異常情況分析07電池組SOC異常檢查與處理方法動力電池充放電異常情況分析07動力電池的SOC與SOH08動力電池的SOC與SOH的概念動力電池的SOC與SOH08荷電狀態(tài)SOC1.荷電狀態(tài)：電池剩余的電量對于電池全部電量的比例，范圍0～100%。2.電池組的SOC不能直接用儀器測量出來，只能通過電池端電壓、充放電電流及電池內(nèi)阻等參數(shù)來估算其大小。動力電池的SOC與SOH的概念動力電池的SOC與SOH08健康狀態(tài)SOH1.健康狀態(tài)：電池壽命起始狀態(tài)相比較的當(dāng)前電池狀態(tài)，即電池衰減率。2.電池組的SOH是電池使用一段時間后性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值，新出廠電池為100%，完全報廢為0%。動力電池SOC與SOH檢測使用設(shè)備動力電池的SOC與SOH08檢測使用設(shè)備負(fù)載儀電池分容柜動力電池包充放電控制盒萬用表動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08放電實驗法的原理是以恒定的電流使電池處于不間斷的放電狀態(tài)，當(dāng)放電到達(dá)截止電壓時對所放電量進(jìn)行計算。1.放電實驗法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08

2.安時計量法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH082.安時計量法安時積分法常規(guī)估算模型動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08開路電壓法的原理是電池長時間充分靜置后的各項參數(shù)相對穩(wěn)定，此時的開路電壓與電池荷電狀態(tài)間的函數(shù)關(guān)系也是相對比較穩(wěn)定的。3.開路電壓法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08OCV-SOC曲線3.開路電壓法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08線性模糊算法的原理是基于SOC變化量、電流、電壓和上一個時間點SOC值，建立的線性方程：

4.線性模型法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08內(nèi)阻測量法的原理是用不同頻率的交流電激勵電池，測量電池內(nèi)部交流電阻，并通過建立的計算模型得到SOC估計值。該方法測量得到的電池荷電狀態(tài)反映了電池在某特定恒流放電條件下的SOC值。5.內(nèi)阻法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08電池內(nèi)阻測試儀5.內(nèi)阻法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08基本原理是將噪聲與信號的狀態(tài)空間模型作為算法模型，在測量時，應(yīng)用當(dāng)前時刻的觀測值與上一時刻的估計值，對狀態(tài)變量的估算進(jìn)行更新。6.卡爾曼濾波法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08將大量相對應(yīng)的電壓、電流等外部數(shù)據(jù)以及電池的荷電狀態(tài)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身學(xué)習(xí)過程中輸入信息的正向傳播和誤差傳遞的反向傳播反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練和修改，在預(yù)測的荷電狀態(tài)達(dá)到設(shè)計要求的誤差范圍內(nèi)時，通過輸入新的數(shù)據(jù)來得到電池的荷電狀態(tài)預(yù)測值7.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法動力電池SOC的檢測方法動力電池的SOC與SOH08神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型7.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法動力電池的SOC與SOH08估算方法優(yōu)點

缺點放電測試法簡單、準(zhǔn)確離線情況下適用，會改變電池狀態(tài)，損失電池能量。安時計量法簡單、準(zhǔn)確、在線測量需要準(zhǔn)確的測量電流，無法計算初始電量值，對副反應(yīng)較敏感，開環(huán)方法有累計誤差。開路電壓法簡單、準(zhǔn)確、在線測量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長時間靜置才能得到準(zhǔn)確值。線性模型法在線測量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長時間靜置才能得到準(zhǔn)確值。內(nèi)阻法準(zhǔn)確對溫度較敏感，計算量大卡爾曼濾波法準(zhǔn)確、在線測量需要一個合適的電路模型，計算量大，需要大存儲空間，耗時較多。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法準(zhǔn)確、在線測量計算量大，耗時，需要大存儲空間，需要訓(xùn)練樣本。主要SOC檢測方法比較動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH081.直接放電法3.內(nèi)阻法2.電壓法4.電化學(xué)阻抗分析法6.電壓曲線模型法六種測量方法5.模型法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08直接放電法是讓單體電池進(jìn)行一個完全的放電循環(huán)，測試放出的電量，與新電池的標(biāo)稱容量進(jìn)行比較。實例：用0.1C倍率放電，直至達(dá)到截止電壓。放電過程大概需要10h。1.直接放電法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08電壓法是將2.5V的單體電池充電至充電截止電壓，根據(jù)電壓乘以容量得到充電的電量，即可算出電池的容量，對比電池的額定容量，可以估算出電池的SOH。2.電壓法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08內(nèi)阻法是通過建立內(nèi)阻與SOH之間的關(guān)系來估算SOH，電池內(nèi)阻和SOH之間存在確定的對應(yīng)關(guān)系，可以簡單的描述為：隨電池使用時間的增長，電池內(nèi)阻在增加，將影響電池容量，從而可以估算SOH。3.內(nèi)阻法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08內(nèi)阻法是通過建立內(nèi)阻與SOH之間的關(guān)系來估算SOH，電池內(nèi)阻和SOH之間存在確定的對應(yīng)關(guān)系，可以簡單的描述為：隨電池使用時間的增長，電池內(nèi)阻在增加，將影響電池容量，從而可以估算SOH。3.內(nèi)阻法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08

3.內(nèi)阻法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08主要原理是向電池施加多個不同頻率的正弦信號，然后運用模糊理論對己采集到的數(shù)據(jù)信息分析，預(yù)測電池的當(dāng)前性能，以獲取此款電池的特性。使用電化學(xué)阻抗分析法前，需要做大量的數(shù)據(jù)采集與分析，而且還需要關(guān)于阻抗及阻抗譜的理論知識，除此之外，器材造價也較為昂貴，故實際運用很少。4.電化學(xué)阻抗分析法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH08模型法的主要原理是分析電池內(nèi)部所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，以此為基礎(chǔ)建立電池的模型，并用此模型來計算電池容量的衰減，來得出電池的SOH。需要認(rèn)真分析電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，并知道電池相關(guān)的固有參數(shù)，如活化焓、活化熵等，而且運用之前也需要做大量關(guān)于電池壽命的試驗，試驗量大，故實際運用很少。5.模型法動力電池SOH的測量方法動力電池的SOC與SOH086.電壓曲線模型法動力電池的SOC與SOH08估算方法優(yōu)點缺點直接放電法簡單、準(zhǔn)確離線情況下適用，耗時長。內(nèi)阻法簡單、在線測量準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻也比較困難，估算結(jié)果不準(zhǔn)確。電壓法簡單、準(zhǔn)確、離線情況下適用，耗時長。電化學(xué)阻抗分析法簡單、準(zhǔn)確、在線測量數(shù)據(jù)采集與分析復(fù)雜，成本高。模型法在線測量難度較大，耗時較長，試驗量大。電壓曲線模型法準(zhǔn)確、成本低算量大，耗時，需要大存儲空間。主要SOH檢測方法比較實

訓(xùn)09（一）設(shè)備及工具準(zhǔn)備序號設(shè)備及工具名稱數(shù)量1動力電池單體1套2分容柜1套3連接線束1套任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)準(zhǔn)備1.穿戴絕緣鞋和安全帽。2.設(shè)置隔離欄隔離維修工位。3.在工位出口處設(shè)置高壓安全警示牌，提醒周邊人員工位正在進(jìn)行高壓電氣維修。4.記錄車輛銘牌信息。（三）安全防護(hù)準(zhǔn)備（二）場地設(shè)備準(zhǔn)備檢查實訓(xùn)場地和設(shè)備設(shè)施是否清潔及存在安全隱患，配電箱、排查是否符合用電需求，如不正常請匯報老師并進(jìn)行處理。實施步驟（一）動力電池SOC與SOH的測量1.倉位3開關(guān)適用于線夾式的鋰電池充放電性能檢測。測試前先按下倉位3開關(guān)，如開關(guān)燈亮起，即準(zhǔn)備就緒。然后連接好被測試動力電池再打開上位機(jī)軟件開始檢測。2.連接好分容柜的220V設(shè)備電壓。3.打開通斷開關(guān)。（從下往上推）4.開機(jī)成功后在桌面雙擊所需要的程序文件。（ExtremeTest.exe）5.打開客戶端后，默認(rèn)顯示“測試”界面，顯示連接到本機(jī)中的采樣器。實施步驟（一）動力電池SOC與SOH的測量6.采樣器中的信息有：①采樣器號：采樣器的編號；②電壓量程：采樣器最大可輸出、輸入的電壓；③電流量程：采樣器最大可輸出、輸入的電流；④采樣頻率：標(biāo)識采樣器采樣數(shù)據(jù)的最高頻率，1Hz表示1s采樣1條電壓、電流數(shù)據(jù)；⑤風(fēng)扇轉(zhuǎn)速：顯示采樣器中所有風(fēng)扇當(dāng)前的轉(zhuǎn)速。當(dāng)且僅當(dāng)采樣器帶有風(fēng)扇測速功能時才顯示風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，否則將不予顯示；⑥報警燈：監(jiān)控采樣器當(dāng)前的狀態(tài)，有三種級別：分別用紅色、橙色、綠色標(biāo)識，紅燈為最高級別，表示問題最嚴(yán)重；橙色次之；綠色表示采樣器處于正常狀態(tài)。實施步驟（一）動力電池SOC與SOH的測量7.通道狀態(tài)分為四種：空閑狀態(tài)，用藍(lán)色表示；暫停狀態(tài)，用黃色表示；保護(hù)狀態(tài)，用正紅色表示；運行狀態(tài)，運行狀態(tài)又因命令類型不同而用不同的顏色表示，綠色背景表示充電過程，粉色背景表示放電過程，紫色背景表示擱置。①通道號：通道在采樣器中的編號；②命令類型：當(dāng)前運行命令的類型；③命令號：當(dāng)前命令在測試流程中的命令編號；④循環(huán)：當(dāng)前正在執(zhí)行的循環(huán)數(shù)，“1”表示最內(nèi)層循環(huán)；實施步驟（一）動力電池SOC與SOH的測量⑤單命令運行時間：當(dāng)前命令已執(zhí)行的時間；⑥電壓：通道兩端的實時電壓；⑦電流：通道兩端的實時電流；⑧容量：當(dāng)前命令的累積容量；⑨能量：當(dāng)前命令的累積能量。8.用鼠標(biāo)左鍵單擊通道，出現(xiàn)紅色邊框時，表示該通道已被選中。9.如若需要選取不連續(xù)的多個通道，按住Ctrl鍵并用鼠標(biāo)左鍵逐個點取通道即可選中該通道。實施步驟（一）動力電池SOC與SOH的測量10.如若需要選取連續(xù)的