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脉冲放电在锂离子动力电池系统一致性检测中的应用研究

时间:2024-07-28

李 悦,朱 红,曾祥兵,余 昊

(奇瑞新能源汽车技术有限公司,安徽 芜湖 241002)

0 引 言

锂离子动力电池因其高能量密度、高功率输出等优点,广泛应用于纯电动汽车的动力电源输出系统。搭载整车行驶的过程中,动力电池系统为应对整车急加减速操作,同步进行脉冲放电输出过程。因受动力电池系统的电芯不一致性和结构设计的影响,动力电池系统存在容量差异、压差和温差,影响系统放电功率和使用寿命[1]。通过脉冲实验测试,可以了解动力电池系统在极限工况下的电性能变化规律,为锂离子电池管理系统的策略制定提供参考数据和相关指导。

1 实验设计

1.1 测试对象

锂离子动力电池包的电池系统为自然冷却,电池额定容量为50 Ah,充电最高电压保护值为4.18 V,充电最低电压保护值为3.0 V。

1.2 测试方法

锂离子动力电池系统按照技术要求,采用三段恒流充电模式,充电至任一单体电池最高电压4.18 V截止,而后静置30 min;以1 C倍率放电累计35 Ah(剩余电量约30% SOC),静置1 min;进行2.6 C倍率持续脉冲放电30 s,而后转1 C倍率放电至任一单体电压达到3.0 V时,放电完成。

2 试验结果

2.1 充放电过程描述

如图1所示,电池包按照充电策略以25 A、10 A、2.5 A进行三段恒流充电,直至任一单体电压达到4.18 V时充电截止。充电完成静置30 min,而后电池包以1 C倍率进行恒流放电。电池包电压随放电的持续不断降低,放电容量达到电池包额定容量的30%时停止放电并静置1 min,然后以130 A电流进行时长30 s的脉冲放电。纯电阻特性致使电池包总压垂直下降,此时电池单体的压差最大,而后极化效应致使电压降低变为线性趋势。30 s脉冲放电结束后,总压迅速提升,直接转为50 A电流继续放电。总压持续下降,降幅减缓,至任一单体电压3.0 V时,放电过程截止。

图1 实验充放电过程

2.2 容量一致性

以同一条件恒流放电释放的容量,是衡量电池系统一致性的重要参数之一。图2为同批次100套动力电池系统经1.2测试方法得出的放电容量统计表。其中,66%的电池系统放电容量在50~51 Ah,95%的电池系统放电容量在50 Ah以上,而5%的电池系统容量在49~ 50 Ah。

图2 同一批次动力电池的放电容量统计

2.3 电压一致性

图3 为100个样本量动力电池系统放电过程中的电压记录。如图3(a)所示,电池系统在0 s、10 s和30 s的放电瞬间的电池系统V总呈下降趋势,V总偏低的样本与图3(b)中的单体Vmin表现的样本相符,较低的Vmin使得系统脉冲放电30 s瞬间的总压也较低。图3(b)中,电池包单体压差在0.032~0.119 V,电池系统压差范围较宽。其中,脉冲放电30 s瞬间,单体Vmin在3.107~3.337 V,而84#和93#样本的单体Vmin在3.15 V以下。因此,制定策略时,系统的放电截止电压应设在3.0 V。电池系统的充放电截止电压直接影响电池系统的容量、性能和循环寿命。通过设定适当的电池系统放电截止电压,对电池系统的容量虽有少量损失,但是能够保障车辆的操作性能,同时提高电池系统的循环寿命。

图3 动力电池放电过程电压记录

3 结 论

动力电池系统由于制造工艺的问题,造成电芯的内部结构和材料上存在一定差异。这种电芯的不一致性,反映到电池系统中会产生输出功率、电池容量和循环寿命等差异。将脉冲放电测试增加到动力电池系统的一致性检测中,评价试验可操作性强,能够确认对电池系统的状态,并为电池管理系统的策略提供数据支持。

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