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

項目四動力電池性能試驗任務(wù)三動力蓄電池其他性能試驗新能源汽車動力蓄電池及管理技術(shù)

1.掌握動力電池SOC認(rèn)識及檢測。2.掌握動力電池SOH認(rèn)識及檢測。3.掌握動力電池余能檢測。知識目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能夠獨立完成動力電池SOC的測量。2.能夠獨立完成動力電池SOH的測量。3.能夠獨立完成動力電池的余電釋放。技能目標(biāo)1.通過獨立完成多項測試，培養(yǎng)學(xué)生自主思考，果斷決策的習(xí)慣。2.通過多個實訓(xùn)練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生知行合一，解決綜合問題的能力素養(yǎng)。3.通過本內(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)科研團隊，研發(fā)出了鋰離子電池超聲掃描系統(tǒng)?？梢栽陟o態(tài)和無損的情況下，透視電池內(nèi)部情況；通過電池循環(huán)過程中超聲信號的衰減變化預(yù)測電池的循環(huán)壽命;此外，設(shè)備還可以檢測電池的荷電狀態(tài)，對電池SOC估算精度的誤差在1%~3%。其檢測技術(shù)手段取得顯著進步。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。對于動力電池SOC和SOH的檢測，也有一些成熟且常規(guī)的檢測方式，如使用負(fù)載儀，分容柜等，本任務(wù)將主要介紹常規(guī)的檢測方法，為未來從事該崗位技術(shù)人員提供一些基礎(chǔ)認(rèn)識。任務(wù)導(dǎo)入1動力電池SOC認(rèn)識及檢測13動力電池余能檢測2動力電池SOH認(rèn)識及檢測目

錄任務(wù)實施4動力電池SOC認(rèn)識及檢測PART01一.動力電池SOC認(rèn)識及檢測（一）概念電池荷電狀態(tài)（SOC）用于描述電池的剩余電量，是電池使用過程中的重要參數(shù)，荷電狀態(tài)值是個相對量，一般用百分比的方式來表示，SOC的取值范圍為：0≤SOC≤100%。在《電動汽車電池實驗手冊》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，實際要對SOC的定義進行調(diào)整。概念一.動力電池SOC認(rèn)識及檢測（二）SOC檢測設(shè)備與檢測方法（1）檢測設(shè)備：負(fù)載儀、電池分容柜、萬用表、充放電控制盒等。（2）檢測方法：動力電池充放電過程是個復(fù)雜的電化學(xué)變化過程，目前較簡單的方法是將電池組等效為一個電池單體，通過測量電池組的電流、電壓、內(nèi)阻等外界參數(shù)，找出SOC與這些參數(shù)的關(guān)系，以間接地測試電池的SOC值。檢測設(shè)備及方法估算方法優(yōu)點缺點放電測試法簡單、準(zhǔn)確離線情況下適用，會改變電池狀態(tài)，損失電池能量安時計量法簡單、準(zhǔn)確、在線測量需要準(zhǔn)確測量電流，無法計算初始電量值，對副反應(yīng)較敏感，開環(huán)方法有累計誤差開路電壓法簡單、準(zhǔn)確、在線測量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長時間靜置才能得到準(zhǔn)確值線性模型法在線測量只適用于靜態(tài)條件下，電池需要長時間靜置才能得到準(zhǔn)確值內(nèi)阻法準(zhǔn)確對溫度較敏感，計算量大卡爾曼濾波法準(zhǔn)確、在線測量需要一個合適的電路模型，計算量大，需要大存儲空間，耗時較多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法準(zhǔn)確、在線測量計算量大，耗時，需要大存儲空間，需要訓(xùn)練樣本動力電池SOH認(rèn)識及檢測PART02二.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（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。電池使用一段時間后某些直接可測或間接計算得到的性能參數(shù)的實際值與標(biāo)稱值的比值，用來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.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（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)時的電池內(nèi)阻，Rnew為電池出廠時的內(nèi)電阻，Rc為電池當(dāng)前狀態(tài)下的內(nèi)阻。概念二.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（二）SOH的測量方法-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.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（二）SOH的測量方法-分述最直接的方法是讓單體電池進行一個完全的放電循環(huán)，測試放出的電量，與新電池的標(biāo)稱容量進行比較。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，對比電池的額定容量，可以估算出電池的SOH。電壓法二.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（二）SOH的測量方法-分述主要是通過建立內(nèi)阻與SOH之間的關(guān)系來估算SOH，電池內(nèi)阻和S0H之間存在確定的對應(yīng)關(guān)系。隨電池使用時間的增長，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：向電池施加多個不同頻率的正弦信號，然后運用模糊理論對己采集到的數(shù)據(jù)信息分析，預(yù)測電池的當(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，器材造價也較為昂貴，實際運用很少。電化學(xué)阻抗分析法二.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（二）SOH的測量方法-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，用此模型來計算電池容量的衰減，來得出電池的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)，而且運用之前也需要做大量關(guān)于電池壽命的試驗，試驗量大，故實際運用很少。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.動力電池SOH認(rèn)識及檢測（二）SOH的測量方法-分述估算方法優(yōu)點缺點直接放電法簡單、準(zhǔn)確離線情況下適用，耗時長內(nèi)阻法簡單、在線測量準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻也比較困難，估算結(jié)果不準(zhǔn)確電壓法簡單、準(zhǔn)確、離線情況下適用，耗時長電化學(xué)阻抗分析法簡單、準(zhǔn)確、在線測量數(shù)據(jù)采集與分析復(fù)雜，成本高模型法在線測量難度較大，耗時較長，試驗量大電壓曲線模型法準(zhǔn)確、成本低算量大，耗時，需要大存儲空間主要SOH檢測方法比較動力電池余能檢測PART03三.動力電池余能檢測

動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、動力電池包、充放電柜、萬用表等?；瘜W(xué)方法放電主要有傳送臺、鹽水池。

目前，對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.動力電池余能檢測物理方法放電也稱為電阻法，主要是通過外接負(fù)載消電，即通過電池與電阻相連，電池中的電量通過放熱消耗，有采用金屬粉末和石墨短路兩種方式對廢舊鋰離子動力電池進行放電。電阻法的優(yōu)點是放電快且完全；缺點是短時間內(nèi)會積聚大量的熱，容易導(dǎo)致廢舊三元材料鋰動力電池爆炸。該方法只適合實驗室試驗，用于對少量電池的放電，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)極金屬為陰極和陽極，在溶液中通過電解過程來消耗電池中殘余的電量。浸泡法的優(yōu)點是能夠?qū)恿﹄姵刂械氖Ｓ嚯娔芡耆尫懦鰜恚煌瑫r在放電過程中，三元材料鋰動力電池也不會出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象。缺點是浸泡所需的時間長，同時采用鹽水放電會出現(xiàn)污水的產(chǎn)生、廢氣的排放收集、進出料的方式等一系列技術(shù)難題?；瘜W(xué)方法放電三.動力電池余能檢測廢鋰離子電池放電系統(tǒng)對廢鋰離子電池進行放電時，具體包括以下步驟：（1）對放電池中鹽水的濃度進行調(diào)配，通過控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，打開廢氣處理裝。（3）控制廢鋰離子電池在放電池中浸泡時間為72～96h，直至電壓低于1.5V時取出廢鋰離子電池。（4）將放電后的廢鋰離子電池移動至振動脫水機，利用振動脫水機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)實施PART04四.任務(wù)實施（一）安全要求及注意事項1.任務(wù)實施前需要做好場地防護準(zhǔn)備以及檢查實訓(xùn)場地和設(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，注意選擇正確的倉位以及單體電池正負(fù)極朝向，如有需要可使用萬用表測量確定正負(fù)極。3.分容柜在進行充放電時，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，充電和放電時注意根據(jù)實際情況進行調(diào)整。5.穿戴絕緣防護手套。6.電池沒有破損、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.實訓(xùn)過程中，嚴(yán)禁嬉戲打鬧,做好數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果記錄。9.實訓(xùn)結(jié)束后，必須清理場地和設(shè)備，撤除警示標(biāo)識。（二）清點設(shè)備名稱數(shù)量

清點方形單體電池若干

清點數(shù)字萬用表1個

清點分容柜1臺

清點個人防護套裝1套

清點Pack臺架1套

清點動力電池包1個

清點

四.任務(wù)實施（三）動力電池SOC的測量步驟1：將動力電池模組中的六個單體依次取出。取出單體四.任務(wù)實施（三）動力電池SOC的測量步驟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)實施（三）動力電池SOC的測量步驟3：長按屏幕，啟動軟件。啟動軟件四.任務(wù)實施（三）動力電池SOC的測量步驟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。開始運行。恒流充電四.任務(wù)實施（三）動力電池SOC的測量步驟5：半小時后停止放電，根據(jù)放電電流是20A，容量等于時間乘以電流，得出實際容量為10Ah，對比額定容量20Ah，得出SOC為50%。其他單體電池按照上述方法放電。四.任務(wù)實施（四）動力電池SOH的測量步驟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：長按屏幕，啟動軟件。步驟3：先設(shè)置恒流充電模式，充電電流為20A，達到電壓3.65V時，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。開始運行。恒壓充電四.任務(wù)實施（四）動力電池SOH的測量步驟4：從屏幕可以看出，電池充電電量從0開始不斷上升，達到充電截止電壓時，充電電量為16Ah，加上運