脈沖放電在鋰離子動力電池系統(tǒng)一致性檢測中的應(yīng)用研究

李 悅，朱 紅，曾祥兵，余 昊

（奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241002）

0 引 言

鋰離子動力電池因其高能量密度、高功率輸出等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于純電動汽車的動力電源輸出系統(tǒng)。搭載整車行駛的過程中，動力電池系統(tǒng)為應(yīng)對整車急加減速操作，同步進(jìn)行脈沖放電輸出過程。因受動力電池系統(tǒng)的電芯不一致性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，動力電池系統(tǒng)存在容量差異、壓差和溫差，影響系統(tǒng)放電功率和使用壽命[1]。通過脈沖實(shí)驗(yàn)測試，可以了解動力電池系統(tǒng)在極限工況下的電性能變化規(guī)律，為鋰離子電池管理系統(tǒng)的策略制定提供參考數(shù)據(jù)和相關(guān)指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.1 測試對象

鋰離子動力電池包的電池系統(tǒng)為自然冷卻，電池額定容量為50 Ah，充電最高電壓保護(hù)值為4.18 V，充電最低電壓保護(hù)值為3.0 V。

1.2 測試方法

鋰離子動力電池系統(tǒng)按照技術(shù)要求，采用三段恒流充電模式，充電至任一單體電池最高電壓4.18 V截止，而后靜置30 min；以1 C倍率放電累計35 Ah（剩余電量約30% SOC），靜置1 min；進(jìn)行2.6 C倍率持續(xù)脈沖放電30 s，而后轉(zhuǎn)1 C倍率放電至任一單體電壓達(dá)到3.0 V時，放電完成。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 充放電過程描述

如圖1所示，電池包按照充電策略以25 A、10 A、2.5 A進(jìn)行三段恒流充電，直至任一單體電壓達(dá)到4.18 V時充電截止。充電完成靜置30 min，而后電池包以1 C倍率進(jìn)行恒流放電。電池包電壓隨放電的持續(xù)不斷降低，放電容量達(dá)到電池包額定容量的30%時停止放電并靜置1 min，然后以130 A電流進(jìn)行時長30 s的脈沖放電。純電阻特性致使電池包總壓垂直下降，此時電池單體的壓差最大，而后極化效應(yīng)致使電壓降低變?yōu)榫€性趨勢。30 s脈沖放電結(jié)束后，總壓迅速提升，直接轉(zhuǎn)為50 A電流繼續(xù)放電?？倝撼掷m(xù)下降，降幅減緩，至任一單體電壓3.0 V時，放電過程截止。

圖1 實(shí)驗(yàn)充放電過程

2.2 容量一致性

以同一條件恒流放電釋放的容量，是衡量電池系統(tǒng)一致性的重要參數(shù)之一。圖2為同批次100套動力電池系統(tǒng)經(jīng)1.2測試方法得出的放電容量統(tǒng)計表。其中，66%的電池系統(tǒng)放電容量在50～51 Ah，95%的電池系統(tǒng)放電容量在50 Ah以上，而5%的電池系統(tǒng)容量在49～ 50 Ah。

圖2 同一批次動力電池的放電容量統(tǒng)計

2.3 電壓一致性

圖3 為100個樣本量動力電池系統(tǒng)放電過程中的電壓記錄。如圖3（a）所示，電池系統(tǒng)在0 s、10 s和30 s的放電瞬間的電池系統(tǒng)V總呈下降趨勢，V總偏低的樣本與圖3（b）中的單體Vmin表現(xiàn)的樣本相符，較低的Vmin使得系統(tǒng)脈沖放電30 s瞬間的總壓也較低。圖3（b）中，電池包單體壓差在0.032～0.119 V，電池系統(tǒng)壓差范圍較寬。其中，脈沖放電30 s瞬間，單體Vmin在3.107～3.337 V，而84#和93#樣本的單體Vmin在3.15 V以下。因此，制定策略時，系統(tǒng)的放電截止電壓應(yīng)設(shè)在3.0 V。電池系統(tǒng)的充放電截止電壓直接影響電池系統(tǒng)的容量、性能和循環(huán)壽命。通過設(shè)定適當(dāng)?shù)碾姵叵到y(tǒng)放電截止電壓，對電池系統(tǒng)的容量雖有少量損失，但是能夠保障車輛的操作性能，同時提高電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命。

圖3 動力電池放電過程電壓記錄

3 結(jié) 論

動力電池系統(tǒng)由于制造工藝的問題，造成電芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料上存在一定差異。這種電芯的不一致性，反映到電池系統(tǒng)中會產(chǎn)生輸出功率、電池容量和循環(huán)壽命等差異。將脈沖放電測試增加到動力電池系統(tǒng)的一致性檢測中，評價試驗(yàn)可操作性強(qiáng)，能夠確認(rèn)對電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并為電池管理系統(tǒng)的策略提供數(shù)據(jù)支持。