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【原創】CATL/恒大新能源電池容量測試追蹤
電池容量| 寧德時代 文章來源自:高工鋰電網
2019-12-19 13:39:16 閱讀:11533
摘要程控電源電流測控精度和可靠性越高,電池充放電精度越高,容量越準確。電池溫度一致性越好,容量偏差越小。

電池容量是電池健康狀態最重要的參數,直接影響新能源汽車的滿電續航里程、電池質保、梯次利用和原材料回收。

目前,容量測試主要是采用恒流或恒流恒壓的充電模式,先充電至充電截止電壓,再放電至放電截止電壓。

在放電過程中進行測試,由于數據有誤差,往往需要3次以上,讓電池性能趨于穩定。

充放電測試,耗時長,能耗大,需要極大人力,物力成本,同時對測控精度要求高。

因此有用模型預測替代充放電測試,雖然能節省成本,但精度有限。據高工鋰電了解,模型預測不準原因主要有兩個。

圖1分容測試

第一,動力電池除18650等圓柱型的生產機械自動化程度高以外,其余型號受人工干預環節較多、一致性較差、工藝相對不夠穩定;第二,模型不精確,需要增加參考因素,比如多點曲線、脈沖充放電曲線、平臺、效率、時間等。

另外對容量測試來說,難度主要是三個方面,包括程控電源的測控精度和可靠性,電池溫度一致性,充放電能量處理效率。

程控電源電流測控精度和可靠性越高,電池充放電精度越高,容量越準確。

電池溫度一致性越好,容量偏差越小。當電池之間溫度偏差10℃時,測量出的容量偏差可能超過10%以上。

充放電能量處理效率意味著能耗。效率越高,反饋到電網的能量越多,損耗產生的熱量就少一些。

其中針對電池溫度一致性,除了提升電源電流精度外,最重要的是散熱。

常用方式是用大功率空調穩定車間環境溫度。通過合理風道設計,減少溫控死角,減小電池之間的溫度差異,進而防止熱集聚引起的電池或設備起火。

不同材料的電池容量測試,原理相似。其能量處理效率,主要取決于標稱工作電壓。

例如錳酸鋰3.7V,磷酸鐵鋰3.2V ,三元電池3.7V,電壓最高,效率最大。

關于電池容量測試發展,一位業內專家建議分三個層次。

第一,從成本考慮和技術突破看,可以取消電池制作中分容。通過對化成檢測,選合適的統計模型去擬合、預測容量,進而取消分容,不過這難度較大。

第二,通過對分容放電曲線的取點,利用統計中的聚類分析,結合統計分析軟件,對電池進行合適的容量測試,確定分檔。

第三,運用大數據模型在系統分析、規劃、設計,應用AI自適應算法,實現智能化成。

值得一提的是,從專利角度看,容量測試方向最新突破代表有寧德時代和恒大新能源。

寧德時代:倍率放電測試

寧德時代的專利是提供一種電池及電池放電后容量測試方法,好處是方法簡單,準確程度高。

該方法測定容量,得到電池負極極片中剩余活性鋰含量,進而準確判斷出電池的實際補鋰程度。避免由于電池制備過程中,補鋰不足或過量,影響電池的后續使用。

寧德時代的專利大致實施步驟如下:

首先在25℃,以倍率電流充電至100%SOC,再放電至0%SOC,得到首周充放電過程中V-SOC曲線。其次將V-SOC曲線處理,得出電壓和對應的SOC數值。最后將放電至0%SOC的電池拆解,然后與鋰金屬組裝成扣式半電池,進行充放電循環測試,計算出容量。

圖2 常溫下循環容量測試

圖2為實例1(補鋰)和對比例1(不補鋰)在常溫下循環容量測試圖。從中可看出對比例1電池在常溫環境下衰減至80%時,最多可循環6000次,實施例1容量衰減至80%時預期可循環16000次,性能更好。

恒大新能源:恒流充放電容量測試

恒大新能源的專利是一種動力電池系統容量測試方法。通過對動力電池系統進行充放電,對比調整前后的荷電狀態計算出動力電池系統容量。

恒大新能源的專利測試大致步驟如下:

1、充放電獲取SOC-OCV特性曲線,然后分段建立模型SOC=f(OCV)。2、根據恒流充放電工況,設定容量校準系數,平臺電壓系數,計算出動力電池系統的可用容量和能量。3、再次調整充放電,再對比前后放電容量和能量計算平均值。該方法計算出的容量/能量跟實際情況誤差<±1%。

本專利提供一種減少單次容量測試時長,提升測試效率的動力電池系統容量測試方法。該測試方法不僅減少電量損耗,而且過程簡單易行,極大節約成本。

 

 

圖3 測試工步調整示意圖

 

圖4 測試步驟工況示意圖


參考文獻:

[1]恒大新能源科技集團有限公司  一種動力電池系統容量測試方法 [P]:中國 CN110515008A 2019-11-29

[2]寧德時代新能源科技股份有限公司 電池及電池放電后負極極片中剩余活性鋰容量的測試方法 [P]:中國 CN110208716A  2019-9-6

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