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1.4 自放电测试
自放电测试能确定电池经过预定搁置时间之后的容量损失。具体的测试方法有很多类型。例如在GBT 31486中提到的容量恢复能力capacity recovery其实就是测试自放电的方法之一。该测试将满充后的电池在常温下搁置28天,然后在放空并记录保持容量Cr,最后再进行一次常温SCT测得当前实际容量Ct。计算容量保持率(Cr/Ct)以求得自放电特性。在实际情况中为了压缩自放电测试周期,可以采用高温加速和OCV判定的方法。比如将电池搁置与55℃环境搁置7天,通过OCV电压的变化估算自放电率。
2.Cycle测试
电池在使用后容量会逐步降低,同时内阻增大,并且衰减速率与放电深度(DOD)、温度、倍率相关。因此在完成BOL的一系列测试之后需要通过循环测试获取寿命影响因子。但在电池衰减是一个渐变的过程,如何捕捉记录在过程中电池的特性变化呢?这里就要提到参考性能测试RPT(Reference Performance Test)。RPT测试就像是探针一般,在电池按照某项循环实验运行过程中定期测定电池当前实际状态。如果将BOL测试比作全方位深度体检,则RPT测试相当于常规体检。通过在循环测试过程中插入RPT测试,这样就可以描绘出电池衰减的过程。
那么RPT测试需要包含哪些内容呢?首先容量衰减和内阻的增大是电池衰减的主要指标,其次RPT测试过程要尽量的简洁,否则可能出现冗长的检测过程造成了寿命影响因子的失真。一般情况下RPT测试由一次常温静态容量测试(SCT)和某个特定SOC点下的混合脉冲功率性能测试(HPPC)组成。 这样即可快速的获取电池容量和内阻这两个关键参数。
在循环测试上可以根据DOD、温度、倍率这三个重要影响因素设计一组“单因素实验”。
例如:以70%DOD、25℃、1C倍率充放为基准展开实验。
通过上述测试可以获得一系列电池衰减曲线,为进行电池健康度SOH估算提供必要参数。关于如何利用影响因子进行SOH估算及验证暂时不在此展开,有机会写电池管理算法时再做说明。
3.EOL测试
通常在Cycle测试中出现电池容量衰减至BOL时的80%以下或内阻增加50%以上时,认为电池进入EOL(End of life)状态。此刻可参考BOL测试对电池当前状态进行较为全面的确认。
三、应用场景测试
若从整车厂的角度来看电池企业进行的测试可以作为电池选型的参考,但不足以评估该电池在具体车型应用中能否满足全生命周期的性能要求。因此还需要从第二个维度上进行测试验证。在测试流程上可以按DV(Design Verification)和PV(Production Validation)来讨论。从内容上可以按性能测试、寿命评估、可靠性等几个方面理解。
2.1 性能测试
除了电池企业完成的性能测试以外,整车厂往往会从应用的角度选出一些常见的,极端的工况进行电池性能的评估。比如冷启动、热性能、能量效率测试、爬坡、快慢充电等。但整车工况是以ESS性能作为依据的,因此需要通过BSF(Battery size Factor)电池尺寸因子将性能需求进行转换。例如100s3p的系统BSF值就是300。若系统成组方案未定型的情况下,可以通过电池单体性能反推ESS成组方案;要求ESS系统在BOL时超过性能目标30%。
冷启动测试目的一般是在低温环境下(-30℃)测试2s功率容量。进行冷启动实验需要注意的主要是以下几点。首先是脉冲功率的确定,VDA要求是8.5KW/BSF;FreedomCAR要求是7KW/BSF。其次是SOC测试点的选取,通常是根据HPPC实验的结果找到最低SOC工作点。测试制度采用连续三个2s脉冲,期间间隔时间10s。
热性能测试主要目的是获取电池工况和温度的函数关系,从而对电池热管理设计提供依据。测试要求在工作温度范围内(-30℃~55℃)选取特定温度点,并在该点充分搁置,然后进行混合功率脉冲。
能量效率测试目的在于确认电池在循环过程中的吞吐效率。首先需要确定工作稳定点SOC1,然后采用充放吞吐量平衡的循环工况围绕该点运行,经过设定的循环周期后充分搁置,再放空。最终可以通过OCV和剩余容量计算循环结束时刻的SOC2。能量效率η = 1 - (SOC1 - SOC2)* 额定能量 / 循环总能量。实验结果和工作稳定点SOC1的选取有比较大的关系,因此对于混合动力车型而言选取适合的工作点尤为重要。
充电虽然是一个看似简单的过程,但整车厂需要进行充电优化测试。目前关于快充SOR一般要求在30分钟内确保能充电至80%SOC,而采用哪种恒流降流的策略可以实现即满足SOR关于充电效率的要求又能获得最少的电池衰减是需要设计大量实验去评估。
2.2 寿命评估
电池的循环测试结论并不能成为电池实际寿命的依据。整车厂需要根据整车设计工况、用户实际的使用习惯,运行环境等因素对寿命进行分析。因此需要找到一种更接近于实际使用场景的测试方法进行电池的寿命循环。在实际使用过程中电池一般可分为运行状态和搁置状态,因此在评估其寿命往往需要考虑两部分因素的影响:循环寿命(cycle life)和日历寿命(calendar life)。
在《USABC电动汽车电池测试程序手册》提到了动态应力测试DST(dynamic stress test)。DST工况一般可以通过对实际工况的拆分,裁剪,简化,功率分布统计,组合得成,从而得到一组便于充放电设备进行模拟的测试工况。并且在整个寿命测试过程中需要使用RPT进行阶段性评估。
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