新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)檢修 課件 4.3 動(dòng)力蓄電池其他性能試驗(yàn)

項(xiàng)目四動(dòng)力電池性能試驗(yàn)任務(wù)三動(dòng)力蓄電池其他性能試驗(yàn)新能源汽車動(dòng)力蓄電池及管理技術(shù)

1.掌握動(dòng)力電池SOC認(rèn)識(shí)及檢測(cè)。2.掌握動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)。3.掌握動(dòng)力電池余能檢測(cè)。知識(shí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能夠獨(dú)立完成動(dòng)力電池SOC的測(cè)量。2.能夠獨(dú)立完成動(dòng)力電池SOH的測(cè)量。3.能夠獨(dú)立完成動(dòng)力電池的余電釋放。技能目標(biāo)1.通過(guò)獨(dú)立完成多項(xiàng)測(cè)試，培養(yǎng)學(xué)生自主思考，果斷決策的習(xí)慣。2.通過(guò)多個(gè)實(shí)訓(xùn)練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生知行合一，解決綜合問(wèn)題的能力素養(yǎng)。3.通過(guò)本內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生精益求精，敢于探索，不斷創(chuàng)新的職業(yè)素養(yǎng)。4.通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同共贏的職業(yè)精神。職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)1近幾年，華中科技大學(xué)黃云輝教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出了鋰離子電池超聲掃描系統(tǒng)?？梢栽陟o態(tài)和無(wú)損的情況下，透視電池內(nèi)部情況；通過(guò)電池循環(huán)過(guò)程中超聲信號(hào)的衰減變化預(yù)測(cè)電池的循環(huán)壽命;此外，設(shè)備還可以檢測(cè)電池的荷電狀態(tài)，對(duì)電池SOC估算精度的誤差在1%~3%。其檢測(cè)技術(shù)手段取得顯著進(jìn)步。電池超聲掃描技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)服務(wù)于華為、特斯拉、寧德新能源等十余家鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈公司，解決了許多技術(shù)難題，并將不斷完善，以發(fā)揮更大用途。對(duì)于動(dòng)力電池SOC和SOH的檢測(cè)，也有一些成熟且常規(guī)的檢測(cè)方式，如使用負(fù)載儀，分容柜等，本任務(wù)將主要介紹常規(guī)的檢測(cè)方法，為未來(lái)從事該崗位技術(shù)人員提供一些基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)。任務(wù)導(dǎo)入1動(dòng)力電池SOC認(rèn)識(shí)及檢測(cè)13動(dòng)力電池余能檢測(cè)2動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)目

錄任務(wù)實(shí)施4動(dòng)力電池SOC認(rèn)識(shí)及檢測(cè)PART01一.動(dòng)力電池SOC認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（一）概念電池荷電狀態(tài)（SOC）用于描述電池的剩余電量，是電池使用過(guò)程中的重要參數(shù)，荷電狀態(tài)值是個(gè)相對(duì)量，一般用百分比的方式來(lái)表示，SOC的取值范圍為：0≤SOC≤100%。在《電動(dòng)汽車電池實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》中定義SOC為：電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值。剩余電量與相同條件下額定容量的關(guān)系式為：式中——額定容量；——電池剩余的按額定電流放電的可用容量由于SOC受充放電倍率、溫度、自放電、老化等因素的影響，實(shí)際要對(duì)SOC的定義進(jìn)行調(diào)整。概念一.動(dòng)力電池SOC認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOC檢測(cè)設(shè)備與檢測(cè)方法（1）檢測(cè)設(shè)備：負(fù)載儀、電池分容柜、萬(wàn)用表、充放電控制盒等。（2）檢測(cè)方法：動(dòng)力電池充放電過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)變化過(guò)程，目前較簡(jiǎn)單的方法是將電池組等效為一個(gè)電池單體，通過(guò)測(cè)量電池組的電流、電壓、內(nèi)阻等外界參數(shù)，找出SOC與這些參數(shù)的關(guān)系，以間接地測(cè)試電池的SOC值。檢測(cè)設(shè)備及方法估算方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)放電測(cè)試法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確離線情況下適用，會(huì)改變電池狀態(tài)，損失電池能量安時(shí)計(jì)量法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、在線測(cè)量需要準(zhǔn)確測(cè)量電流，無(wú)法計(jì)算初始電量值，對(duì)副反應(yīng)較敏感，開(kāi)環(huán)方法有累計(jì)誤差開(kāi)路電壓法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、在線測(cè)量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長(zhǎng)時(shí)間靜置才能得到準(zhǔn)確值線性模型法在線測(cè)量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長(zhǎng)時(shí)間靜置才能得到準(zhǔn)確值內(nèi)阻法準(zhǔn)確對(duì)溫度較敏感，計(jì)算量大卡爾曼濾波法準(zhǔn)確、在線測(cè)量需要一個(gè)合適的電路模型，計(jì)算量大，需要大存儲(chǔ)空間，耗時(shí)較多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法準(zhǔn)確、在線測(cè)量計(jì)算量大，耗時(shí)，需要大存儲(chǔ)空間，需要訓(xùn)練樣本動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)PART02二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（一）概念電池的健康狀況(State--of-Health,SOH)，也稱為壽命狀態(tài)、也稱老化情況、劣化程度等。電池使用一段時(shí)間后某些直接可測(cè)或間接計(jì)算得到的性能參數(shù)的實(shí)際值與標(biāo)稱值的比值，用來(lái)判斷電池健康狀況下降后的狀態(tài)，衡量電池的健康程度，其實(shí)際表現(xiàn)在電池內(nèi)部某些參數(shù)的變化上（1）從電池剩余電量的角度定義SOH：其中，Qaged-max為當(dāng)前電池最大放電電量；Qnew-max為新電池最大放電電量（2）從電池剩余的循環(huán)次數(shù)的角度定義SOH：其中，式中：Cntremain為電池剩余循環(huán)次數(shù)；Cnttotal為電池的總循環(huán)次數(shù)。概念二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（一）概念（3）從電池容量的角度定義SOH：其中，Caged為電池當(dāng)前容量；Crated為電池額定容量。（4）從電池內(nèi)阻的角度定義SOH：其中，REOL為電池壽命終結(jié)時(shí)的電池內(nèi)阻，Rnew為電池出廠時(shí)的內(nèi)電阻，Rc為電池當(dāng)前狀態(tài)下的內(nèi)阻。概念二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOH的測(cè)量方法-概述020103040506直接放電法內(nèi)阻法電壓法電化學(xué)阻抗分析法模型法電壓曲線模型法二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOH的測(cè)量方法-分述最直接的方法是讓單體電池進(jìn)行一個(gè)完全的放電循環(huán)，測(cè)試放出的電量，與新電池的標(biāo)稱容量進(jìn)行比較。目前這是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最可靠方法。直接放電法將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(duì)比電池的額定容量，可以估算出電池的SOH。電壓法二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOH的測(cè)量方法-分述主要是通過(guò)建立內(nèi)阻與SOH之間的關(guān)系來(lái)估算SOH，電池內(nèi)阻和S0H之間存在確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)，電池內(nèi)阻在增加，將影響電池容量，從而可以估算SOH內(nèi)阻法主要原理是：向電池施加多個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，然后運(yùn)用模糊理論對(duì)己采集到的數(shù)據(jù)信息分析，預(yù)測(cè)電池的當(dāng)前性能，以獲取此款電池的特性。需大量數(shù)據(jù)采集與分析，阻抗及阻抗譜理論知識(shí)，器材造價(jià)也較為昂貴，實(shí)際運(yùn)用很少。電化學(xué)阻抗分析法二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOH的測(cè)量方法-分述主要原理是：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，用此模型來(lái)計(jì)算電池容量的衰減，來(lái)得出電池的SOH。需要認(rèn)真分析電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，并知道電池一些固有參數(shù)，而且運(yùn)用之前也需要做大量關(guān)于電池壽命的試驗(yàn)，試驗(yàn)量大，故實(shí)際運(yùn)用很少。模型法電壓曲線模型法估算SOH的原理如圖所示：電壓曲線模型法二.動(dòng)力電池SOH認(rèn)識(shí)及檢測(cè)（二）SOH的測(cè)量方法-分述估算方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直接放電法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確離線情況下適用，耗時(shí)長(zhǎng)內(nèi)阻法簡(jiǎn)單、在線測(cè)量準(zhǔn)確測(cè)量電池內(nèi)阻也比較困難，估算結(jié)果不準(zhǔn)確電壓法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、離線情況下適用，耗時(shí)長(zhǎng)電化學(xué)阻抗分析法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、在線測(cè)量數(shù)據(jù)采集與分析復(fù)雜，成本高模型法在線測(cè)量難度較大，耗時(shí)較長(zhǎng)，試驗(yàn)量大電壓曲線模型法準(zhǔn)確、成本低算量大，耗時(shí)，需要大存儲(chǔ)空間主要SOH檢測(cè)方法比較動(dòng)力電池余能檢測(cè)PART03三.動(dòng)力電池余能檢測(cè)

動(dòng)力電池余電釋放物理方法所使用的設(shè)備主要有：負(fù)載儀、動(dòng)力電池包、充放電柜、萬(wàn)用表等。化學(xué)方法放電主要有傳送臺(tái)、鹽水池。

目前，對(duì)于廢舊鋰離子電池的安全放電主要有物理和化學(xué)放電兩種方法。概述物理放電1化學(xué)放電2三.動(dòng)力電池余能檢測(cè)物理方法放電也稱為電阻法，主要是通過(guò)外接負(fù)載消電，即通過(guò)電池與電阻相連，電池中的電量通過(guò)放熱消耗，有采用金屬粉末和石墨短路兩種方式對(duì)廢舊鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行放電。電阻法的優(yōu)點(diǎn)是放電快且完全；缺點(diǎn)是短時(shí)間內(nèi)會(huì)積聚大量的熱，容易導(dǎo)致廢舊三元材料鋰動(dòng)力電池爆炸。該方法只適合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，用于對(duì)少量電池的放電，大規(guī)模電池放電不可行。物理方法放電化學(xué)方法放電也稱為浸泡法。即利用電池的正負(fù)極金屬為陰極和陽(yáng)極，在溶液中通過(guò)電解過(guò)程來(lái)消耗電池中殘余的電量。浸泡法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)?dòng)力電池中的剩余電能完全釋放出來(lái)；同時(shí)在放電過(guò)程中，三元材料鋰動(dòng)力電池也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象。缺點(diǎn)是浸泡所需的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)采用鹽水放電會(huì)出現(xiàn)污水的產(chǎn)生、廢氣的排放收集、進(jìn)出料的方式等一系列技術(shù)難題?；瘜W(xué)方法放電三.動(dòng)力電池余能檢測(cè)廢鋰離子電池放電系統(tǒng)對(duì)廢鋰離子電池進(jìn)行放電時(shí)，具體包括以下步驟：（1）對(duì)放電池中鹽水的濃度進(jìn)行調(diào)配，通過(guò)控NaCl的加入量，調(diào)節(jié)鹽水濃度至5～10％。（2）將廢鋰離子電池裝入集裝料框，打開(kāi)放電池的密封蓋，將裝有廢鋰離子電池的集裝料框放入放電池，關(guān)閉密封蓋，打開(kāi)廢氣處理裝。（3）控制廢鋰離子電池在放電池中浸泡時(shí)間為72～96h，直至電壓低于1.5V時(shí)取出廢鋰離子電池。（4）將放電后的廢鋰離子電池移動(dòng)至振動(dòng)脫水機(jī)，利用振動(dòng)脫水機(jī)脫干廢鋰離子電池表面的水分，使廢鋰離子電池表面的水分低于5％?；瘜W(xué)方法放電任務(wù)實(shí)施PART04四.任務(wù)實(shí)施（一）安全要求及注意事項(xiàng)1.任務(wù)實(shí)施前需要做好場(chǎng)地防護(hù)準(zhǔn)備以及檢查實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患。2.將單體電池放置在分容柜上，注意選擇正確的倉(cāng)位以及單體電池正負(fù)極朝向，如有需要可使用萬(wàn)用表測(cè)量確定正負(fù)極。3.分容柜在進(jìn)行充放電時(shí)，是不支持串聯(lián)充放電，分容柜單通道限壓5V、限流20A，注意設(shè)置電池保護(hù)參數(shù)。4.單體電池充電存在電壓上限和電壓下限，不同類型電池一般不盡相同，充電和放電時(shí)注意根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。5.穿戴絕緣防護(hù)手套。6.電池沒(méi)有破損、漏液等現(xiàn)象，如有應(yīng)立即處理7.檢查應(yīng)急消防設(shè)備是否齊全。8.實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，嚴(yán)禁嬉戲打鬧,做好數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果記錄。9.實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，必須清理場(chǎng)地和設(shè)備，撤除警示標(biāo)識(shí)。（二）清點(diǎn)設(shè)備名稱數(shù)量

清點(diǎn)方形單體電池若干

清點(diǎn)數(shù)字萬(wàn)用表1個(gè)

清點(diǎn)分容柜1臺(tái)

清點(diǎn)個(gè)人防護(hù)套裝1套

清點(diǎn)Pack臺(tái)架1套

清點(diǎn)動(dòng)力電池包1個(gè)

清點(diǎn)

四.任務(wù)實(shí)施（三）動(dòng)力電池SOC的測(cè)量步驟1：將動(dòng)力電池模組中的六個(gè)單體依次取出。取出單體四.任務(wù)實(shí)施（三）動(dòng)力電池SOC的測(cè)量步驟2：將單體電池放在分容柜上，注意正極朝外，固定電池卡槽。固定電池卡槽四.任務(wù)實(shí)施（三）動(dòng)力電池SOC的測(cè)量步驟3：長(zhǎng)按屏幕，啟動(dòng)軟件。啟動(dòng)軟件四.任務(wù)實(shí)施（三）動(dòng)力電池SOC的測(cè)量步驟4：設(shè)置恒流放電模式，放電電流為20A，放電截止電壓設(shè)為2.8V，再設(shè)置電壓上限為3.65V，電壓下限為2.8V。開(kāi)始運(yùn)行。恒流充電四.任務(wù)實(shí)施（三）動(dòng)力電池SOC的測(cè)量步驟5：半小時(shí)后停止放電，根據(jù)放電電流是20A，容量等于時(shí)間乘以電流，得出實(shí)際容量為10Ah，對(duì)比額定容量20Ah，得出SOC為50%。其他單體電池按照上述方法放電。四.任務(wù)實(shí)施（四）動(dòng)力電池SOH的測(cè)量步驟1：將2.5V的單體電池放置在分容柜，注意正極朝外上，固定電池卡槽。步驟2：長(zhǎng)按屏幕，啟動(dòng)軟件。步驟3：先設(shè)置恒流充電模式，充電電流為20A，達(dá)到電壓3.65V時(shí)，改為恒壓充電模式，充電截止電流設(shè)為0.1A，再設(shè)置電壓上限為3.7V，電壓下限為2.79V。開(kāi)始運(yùn)行。恒壓充電四.任務(wù)實(shí)施（四）動(dòng)力電池SOH的測(cè)量步驟4：從屏幕可以看出，電池充電電量從0開(kāi)始不斷上升，達(dá)到充電截止電壓時(shí)，充電電量為16Ah，加上運(yùn)