任務(wù)三電池單體SOC估算《動力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》比亞迪電池組裝車間小王去到比亞迪電池組裝車間進行參觀學習，好奇的問道李師傅：“李師傅，電動汽車儀表上的SOC是什么意思？和電池有什么關(guān)系呢？”李師傅回答道：“SOC反應(yīng)了電池的剩余電量狀況，與電池電壓存在對應(yīng)關(guān)系”。本任務(wù)將學習如何準確規(guī)范地檢測電池單體電壓，并根據(jù)檢測結(jié)果對電池SOC進行粗略估算。電池單體SOC是什么？電池組裝工李師傅、參觀學習學生小王電池單體SOC是如何進行估算的？能按照電池單體OCV-SOC曲線測繪方法，通過萬用表測量每一工步電池單體的電壓值，準確繪制出OCV-SOC曲線。能按照SOC估算方法，利用繪制的電池單體OCV-SOC曲線，準確估算電池當前SOC。電池電壓相關(guān)參數(shù)（1）電動勢：

電池正極與負極平衡電勢（平衡電位的差值），一般用E表示。電動勢即電子運動的趨勢，能夠克服導體電阻對電流的阻力，使電荷在閉合的導體回路中流動的一種作用。這種作用來源于相應(yīng)的物理效應(yīng)或化學效應(yīng)，通常還伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，因為電流在導體中（超導體除外）流動時要消耗能量，這個能量必須由產(chǎn)生電動勢的能源補償。電池單體OCV-SOC曲線測繪電池電壓相關(guān)參數(shù)（2）開路電壓（OCV）：OCV指的是鋰電池在斷路條件，內(nèi)部無化學反應(yīng)時的端電壓，即外電路中沒有電流流過時，電池正、負兩極之間的電位差。一般情況下，電池的開路電壓小于它的電動勢。由于電池內(nèi)部的極化效應(yīng)，鋰電池斷開負載電路時，電池端電壓會逐漸降低。當電池內(nèi)部無化學反應(yīng)，端電壓達到平衡，此時的端電壓值為OCV，理論上其值等于電動勢。因此，OCV可作為SOC估計中的一個重要參數(shù)。在電池工作過程中，如果實際工作電壓高于額定電壓過多，充電時正極的鋰離子將過度逃逸至負極，堆積的鋰離子不能及時嵌入負極活性材料中，在增加短路風險的同時還會破壞晶格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，存在安全隱患；當實際工作電壓長時間低于電池設(shè)計的截止電壓時，電池負極的碳元素集流體在放電時可能出現(xiàn)分解，從而導致電池漏液。電池單體OCV-SOC曲線測繪電池電壓相關(guān)參數(shù)（3）工作電壓：電池在工作狀態(tài)下（即電路中有電流流過時）電池正負極之間的電勢差。工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。在電池放電工作狀態(tài)下，當電流流過電池內(nèi)部時，需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力，會造成歐姆壓降和電極極化，故工作電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反，端電壓總是高于開路電壓。即極化的結(jié)果使電池放電時端電壓低于電池的電動勢，電池充電時，電池的端電壓高于電池的電動勢。由于極化現(xiàn)象的存在，會導致電池在充放電過程中瞬時電壓與實際電壓會產(chǎn)生一定的偏差。充電時，瞬時電壓略高于實際電壓，充電結(jié)束后極化消失，電壓回落；放電時，瞬時電壓略低于實際電壓，放電結(jié)束后極化消失，電壓回升。電池單體OCV-SOC曲線測繪荷電狀態(tài)（SOC）定義（4）標稱電壓：鋰電池荷電狀態(tài)也叫電池的SOC，全稱是StateofCharge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，反應(yīng)電池的剩余電量狀況，是電池使用過程中的重要參數(shù)，代表的是鋰電池在一定放電倍率下，剩余容量與相同條件下額定容量的比值，常用百分數(shù)表示，含義是剩余電量為0%~100%，當SOC=0%時表示電池放電完全，當SOC=100%時表示電池完全充滿，因此SOC的數(shù)值范圍為0≤SOC≤100%。電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線（4）標稱電壓：SOC-OCV曲線是我們電池在SOC標定過程中非常重要的一條曲線，通常在電動汽車運行了一段時間后，在車輛靜置再啟動前，BMS會調(diào)用這個曲線，對SOC值進行一次矯正，并通過一定的算法和其他矯正系數(shù)得到一個SOC值的更新，因此這個曲線的準確性尤為重要，直接關(guān)系到了SOC的精度。電池單體SOC與OCV存在一一對應(yīng)關(guān)系，即OCV-SOC曲線。電池單體OCV-SOC曲線測繪（a）三元鋰電池（b）磷酸鐵鋰電池電池單體OCV-SOC曲線（4）標稱電壓：電池單體SOC與OCV存在一一對應(yīng)關(guān)系，即OCV-SOC曲線。電池單體OCV-SOC曲線測繪（c）鈦酸鋰電池電池單體OCV-SOC曲線測繪方法（1）選定某一電池單體，分別測量從0到100%之間不同SOC對應(yīng)的OCV值。使用萬用表檢測電池單體正負極端子之間的電壓值，檢測值稱為端電壓。電池單體不工作時，端電壓為開路電壓；電池工作時，端電壓為工作電壓。注意：電壓值的讀數(shù)需精確到mV級別。（2）根據(jù)檢測結(jié)果，通過描點連線方式繪制所測電池單體的OCV-SOC曲線。電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體電壓取點方法選定待測電池單體。在動力蓄電池檢測教學平臺選定某一電池單體，并設(shè)定電池種類。設(shè)置工步。根據(jù)鋰離子蓄電池的OCV-SOC曲線特性，在SOC較低和較高的區(qū)間設(shè)置較多的取點數(shù)，在中間段設(shè)置較少的取點數(shù)，如圖所示。電池單體OCV-SOC曲線測繪OCV-SOC曲線測繪工步設(shè)置報數(shù)法任意指派一名學生開始從1-5依次報數(shù)報相同數(shù)目的同學為一組電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線測繪資料員負責查閱動力電池檢測教學平臺使用說明書。小組討論設(shè)計電池單體電壓取點數(shù)。記錄員正確記錄每個點對應(yīng)的電壓值。完成電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線測繪匯報時闡述操作步驟報告小組分工情況報告小組工作目標動力蓄電池檢測教學平臺絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套維修手冊、動力蓄電池檢測教學平臺及使用說明書、萬用表、紙筆、直尺教學實訓平臺說明書電池單體OCV-SOC曲線測繪電池放電時小心觸電。小心重物砸腳。小心頭部磕碰。在動力蓄電池檢測教學平臺設(shè)定電池種類。設(shè)置工步時，在SOC較低和較高區(qū)間設(shè)置較多取點數(shù)。在中間段設(shè)置較少取點數(shù)。電池單體OCV-SOC曲線測繪開始試驗，使用萬用表檢測每一工步電池單體的電壓值，并將結(jié)果記錄在表中。電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線測繪SOCOCVSOCOCV0

4%

8%

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電池單體端電壓檢測記錄電池單體OCV-SOC曲線測繪電池單體OCV-SOC曲線繪制SOC估算的目的SOC（荷電狀態(tài)）簡單的說就是電池還剩下多少電，SOC是BMS系統(tǒng)中最重要的參數(shù)，因為其他車輛相關(guān)設(shè)置均是以SOC為基礎(chǔ)的，所以它的精度和健壯性極其重要。SOC算法一直是鋰離子電池管理系統(tǒng)(BMS)開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。電池單體SOC估算估算電動汽車續(xù)駛里程。12有效提高電池利用效率，延長使用壽命；高精度的SOC估算可以使鋰離子電池組發(fā)揮最大的效能。3保證電池的使用安全，有效降低所需要的電池成本。SOC估算方法電池單體SOC估算安時積分法開路電壓法卡爾曼濾波法電池模型法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法放電實驗法SOC估算方法電池單體SOC估算（1）放電實驗法原理：以恒定的電流使電池處于不間斷的放電狀態(tài)，當放電到達截止電壓時對所放電量進行計算。優(yōu)點：方法簡單，估算精度也相對較高缺點：不可以帶負載測量，需要占用大量的測量時間，放電測量時，必須中斷電池之前進行的工作，使電池置于脫機狀態(tài)，不能在線測量。SOC估算方法電池單體SOC估算（2）開路電壓法開路電壓法估算SOC是將電池充分靜置（一般需要1小時以上），使電池端電壓恢復至開路電壓，通過測量電池的開路電壓，通過OCV-SOC曲線估算電池當前SOC值。SOC估算方法電池單體SOC估算（2）開路電壓法由于開路電壓法需要電池進行較長時間的靜置，而且有些電池存在電壓平臺，比如磷酸鐵鋰電池，在SOC30%～80%之間，OCV-SOC曲線近視為直線，導致SOC估算精度不夠，而且不適用于動態(tài)估算。所以通常將開路電壓法與其他方法結(jié)合起來進行SOC估算。SOC估算方法電池單體SOC估算（2）開路電壓法優(yōu)點操作簡單，只需測量開路電壓值對照特性曲線圖即可獲得荷電狀態(tài)值。缺點①電池須經(jīng)過長期靜置，但電動汽車啟動頻繁，開路電壓短時間內(nèi)很難穩(wěn)定；②電池存在電壓平臺，特別是磷酸鐵鋰電池，在SOC30%-80%期間，端電壓和SOC曲線近似為直線；③電池處于不同溫度或不同壽命時期，盡管開路電壓一樣，但實際上的SOC差別可能較大。SOC估算方法電池單體SOC估算（3）安時積分法安時積分法是在初始時刻SOC的基礎(chǔ)上估算電池當前的SOC。通過計算一定時間內(nèi)充放電電流和對應(yīng)時間的積分，從而計算變化電量的百分比，最終求出初始SOC和變化的SOC之間的差值，即當前時刻的SOC。

SOC估算方法電池單體SOC估算（3）安時積分法安時積分法在估算過程中只需實時監(jiān)測電池的電流，然后通過計算得出SOC。由于安時積分存在誤差，而且隨著時間的增加，累計誤差會越來越大，所以單獨采用安時積分法對電池SOC進行估算不能取得較高的精度。

SOC估算方法電池單體SOC估算（3）安時積分法實時測量電池包主回路電流，并將其對時間積分，充電為負放電為正。放電過程，用初始電量減去積分結(jié)果，得到當前電量;充電過程，用初始電量加上積分結(jié)果，得到當前電量。安時積分法的一個問題是，初始電量的判斷，無法直接得到。另外，由于系統(tǒng)電流的波動性很大，而電流采樣是間隔一定時間進行一次，使得采樣值與一段時間的平均值并不一定近似，長時間累積下來，造成比較明顯的誤差，并且誤差不是安時積分法自己能夠消除的。因此，安時積分的實際應(yīng)用必須與其他方法相結(jié)合，解決初值和累積誤差的問題。SOC估算方法電池單體SOC估算（3）安時積分法該估算方法存在著誤差，主要來源于三個方面：①電流采樣造成誤差：采樣精度、采樣間隔。②電池容量變化造成誤差：溫度變化、電池老化、充放電倍率不同、電池自放電。③SOC：初始SOC估算困難、最終SOC過程取舍誤差。安時積分法只單純從外部記錄進出電池的電量，但忽略了電池內(nèi)部狀態(tài)的變化。同時電流測量不準，造成SOC計算誤差會不斷累積，需要定期不斷校準。SOC估算方法電池單體SOC估算（4）卡爾曼濾波法卡爾曼濾波算法是利用時域狀態(tài)空間理論的一種最小方差估計，屬于統(tǒng)計估計的范疇，宏觀上就是盡可能減小和消除噪聲對觀測信號的影響，其核心是最優(yōu)估計，即系統(tǒng)的輸入量在預(yù)估基礎(chǔ)上對狀態(tài)變量進行的有效修正。A將噪聲與信號的狀態(tài)空間模型作為算法模型，在測量時，應(yīng)用當前時刻的觀測值與上一時刻的估計值，對狀態(tài)變量的估算進行更新。原理C對電池模型的準確程度依賴較大，為了提高該算法預(yù)測結(jié)果的準確性和精度，需要建立可靠的電池模型。算法相對比較復雜，其計算量也相對較大，對運算器的性能有較高要求。缺點B適合計算機對數(shù)據(jù)進行實時運算處理，應(yīng)用范圍廣，可以用于非線性系統(tǒng)，對行駛過程中電動汽車的荷電狀態(tài)預(yù)測具有較好的效果。優(yōu)點D廣泛應(yīng)用于航天、通信、導航、控制、圖像處理等領(lǐng)域。對于動力電池采用卡爾曼濾波進行SOC估算，是當前非常主流的一個方向。應(yīng)用SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是模擬人腦及神經(jīng)元來處理非線性系統(tǒng)的新型算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目的是模仿人類的智能行為，通過并行結(jié)構(gòu)與自身較強的學習能力獲得數(shù)據(jù)表達的能力，能夠在外部激勵存在時給出相應(yīng)的輸出響應(yīng)，并使具有良好的非線性映射能力。無需深入研究電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需提前從電池中提取出符合工作特性的輸入與輸出樣本，并將其輸入到建立系統(tǒng)中，就能獲得運行中的SOC值。SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法應(yīng)用于鋰電池荷電狀態(tài)檢測的原理是：將大量相對應(yīng)的電壓、電流等外部數(shù)據(jù)以及電池的荷電狀態(tài)數(shù)據(jù)作為訓練樣本，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身學習過程中輸入信息的正向傳播和誤差傳遞的反向傳播反復進行訓練和修改，在預(yù)測的荷電狀態(tài)達到設(shè)計要求的誤差范圍內(nèi)時，通過輸入新的數(shù)據(jù)來得到電池的荷電狀態(tài)預(yù)測值。SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法估算SOC后期處理相對簡單，即能有效避免卡曼濾波法中需要將電池模型作線性化處理后帶來的誤差，又能實時地獲取電池的動態(tài)參數(shù)。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要大樣本數(shù)據(jù)，樣本對訓練結(jié)果有重大影響，需要篩選合適樣本，取樣工作量大。SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力電池SOC估算方法，以三元軟包電池作為實驗對象，通過對電池電壓、電流、內(nèi)阻及溫度的數(shù)據(jù)采集，獲得海量數(shù)據(jù)。在實際使用過程中，隨著電池包工作循環(huán)次數(shù)的增加，BMS內(nèi)部的均衡模塊會對各單體間的差異進行均衡，最大限度地消除不一致性。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要大樣本數(shù)據(jù)，樣本對訓練結(jié)果有重大影響，需要篩選合適樣本，取樣工作量大。實驗中，為盡可能降低單體不一致性對實驗數(shù)據(jù)采集的影響，選用最新成組并通過質(zhì)量測試的電池包，此時的單體不一致性最小，對實驗數(shù)據(jù)采集影響、采集誤差也最小。建立電池的等效電路模型，考慮電池極化、充放電倍率及溫度的影響對初始數(shù)據(jù)進行修正。數(shù)據(jù)修正后用于網(wǎng)絡(luò)模型的訓練，并驗證了模型的可行性。SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基于MATLAB平臺建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將模型用于實驗數(shù)據(jù)的預(yù)測，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對此類系統(tǒng)預(yù)測的精確度高低依賴于數(shù)據(jù)量基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的缺乏將大大降低預(yù)測的精度。試驗收集到整個電池包完整的充放電循環(huán)數(shù)據(jù)用于函數(shù)擬合，海量的數(shù)據(jù)提高了函數(shù)擬合的精確度，增強了訓練網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將直接應(yīng)用于實驗數(shù)據(jù)的仿真。通過函數(shù)擬合實現(xiàn)了SOC的估算。最后，通過對比SOC的預(yù)測值與實際測量值，最終證明建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對SOC估算的有效性?；貧w圖性能圖SOC估算方法電池單體SOC估算（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基于MATLAB平臺建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將模型用于實驗數(shù)據(jù)的預(yù)測，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對此類系統(tǒng)預(yù)測的精確度高低依賴于數(shù)據(jù)量基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的缺乏將大大降低預(yù)測的精度。試驗收集到整個電池包完整的充放電循環(huán)數(shù)據(jù)用于函數(shù)擬合，海量的數(shù)據(jù)提高了函數(shù)擬合的精確度，增強了訓練網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將直接應(yīng)用于實驗數(shù)據(jù)的仿真。通過函數(shù)擬合實現(xiàn)了SOC的估算。最后，通過對比SOC的預(yù)測值與實際測量值，最終證明建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對SOC估算的有效性。SOC仿真曲線SOC誤差曲線SOC估算方法電池單體SOC估算結(jié)論②通過分析電池老化及建立等效電路模型，建立修正公式對采集到的數(shù)據(jù)進行修正，可以有效提高數(shù)據(jù)采集的準確性；①采用整包電池組實驗采集到龐大的數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)量直接影響函數(shù)的擬合性能，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的提高可以有效提高估算結(jié)果的有效性；③提高精度的同時結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理龐大數(shù)據(jù)量的可靠性能實現(xiàn)函數(shù)擬合，應(yīng)用于SOC的估算，相比于當下研究較熱的白箱模型和灰色模型估算剩余電量，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模型復雜程度低、可高效處理大量數(shù)據(jù)的前提下保證了估算結(jié)果的準確性及可靠性。動力電池SOC估算方法缺陷電池組一致性問題是電池組使用期間的最常見問題，也是最難以解決的技術(shù)難題，對于電動汽車而言，非常影響車輛的實際充放電電量和汽車的續(xù)航里程，情況嚴重的還會發(fā)生熱失控故障并引發(fā)車輛自燃，車載BMS的SOC估算準確度往往都是建立在電池組一致性良好的情況下，電池組一致性問題的存在將徹底擾亂SOC估算準確性。電池單體SOC估算動力電池SOC估算方法缺陷在BMS中，SOC(電池荷電狀態(tài))、SOP(電池能源狀態(tài))、SOH(電池健康狀態(tài))都是非常重要的管理指標，直接關(guān)系到BMS的管理質(zhì)量和成敗，特別是實時SOC值，匹配一個與之相對應(yīng)的預(yù)估行駛里程，它是使用者在實際使用中判斷電池系統(tǒng)狀態(tài)的依據(jù)，直接影響出行計劃的安排和實施。電池單體SOC估算動力電池SOC估算方法缺陷在上述各種估算方法中，都是建立在電池組一致性良好的條件下，均存在一個嚴重缺陷，那就是如果電池組發(fā)生了一致性問題，特別是一致性問題突出的情況下，SOC估算就會產(chǎn)生非常大的估算誤差，給使用者帶來誤導甚至引發(fā)事故。例如，電動汽車出發(fā)前顯示可行駛里程遠遠高于駕駛者的實際路程，但行駛途中卻突然急速掉電，甚至突然沒電，半路拋錨，如果是在高速公路上行駛，非常容易發(fā)生被追尾事件。電池單體SOC估算影響SOC估算的因素鋰離子動力電池組的實時SOC是一個變量，無法直接測量，不能通過傳感器件直接測量得到，在工作時會受到外部環(huán)境多方面因素的影響。包括溫度、放電電流、放電倍率、內(nèi)阻、自放電率、衰減程度等等。在上述因素中，影響最大的因素是電池組的衰減程度，衰減程度直接影響和決定了電池組的SOC估算值和可用范圍，衰減程度只是外在表現(xiàn)，實際是由于一致性問題引起的。電池單體SOC估算電池不一致影響SOC估算的因素電池組的SOC值取決于電池組中容量最小、即衰減程度最嚴重的單元電池，即類似于“木桶原理”中的最短木板，其它電池即使未發(fā)生容量的衰減，超過衰減電池容量的部分也是無法得到利用的，不僅影響實際續(xù)航時間，還白白浪費寶貴的容量。電池單體SOC估算串衰減鋰電池組容量分布示意圖電池單體SOC估算資料員查閱教學平臺說明書，讀取動力蓄電池系統(tǒng)的基本信息，并告知組員。記錄員要正確記錄實測值。完成電池單體SOC估算電池單體SOC估算電池單體SOC估算報告如何判斷電池種類。報告小組分工情況。報告任務(wù)目標動力蓄電池檢測教學平臺絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套萬用表教學平臺說明書電池單體SOC估算注意正確判斷電池種類。小心工具落地。注意作業(yè)時拉隔離欄。注意仔細查閱平臺說明書。正確記錄電池單體SOC與當前電池單體OCV數(shù)值。用開路電壓法進行SOC估算電池單體SOC估算電池單體SOC估算OCV實測值SOC估算值OCV實測值SOC估算值

電池單體SOC估算檢查電池種類判斷是否正確檢查SOC對應(yīng)的OCV記錄是否正確檢查曲線繪制是否完整是否按照操作流程完成實驗是否設(shè)置正確的平臺參數(shù)是否正確繪制充放電曲線根據(jù)繪制曲線估算的SOC誤差是否過大結(jié)果記錄是否完整電池單體SOC估算的方法有哪些？開路電壓法的操作步驟是什么？SOC估算的目的和意義是什么？精益求精自信自立目標明確回顧電池單體SOC估算方法總結(jié)開路電壓法的注意事項預(yù)習下一個工作頁觀看下一個工作頁隨書數(shù)字資源任務(wù)四電池電性能測試《動力蓄電池及管理系統(tǒng)檢修》比亞迪電池檢驗車間小王到了比亞迪電池檢驗車間參觀學習，好奇的問道劉師傅：“劉師傅，電池產(chǎn)品在出廠檢驗時需進行測試，那么，測試都包括哪些內(nèi)容，測試方式是什么？”本任務(wù)跟隨劉師傅對這些問題逐一進行學習。電池出廠前是如何進行測試的？電池檢驗員劉師傅、參觀學習學生小王電池測試包括哪些內(nèi)容？能按照電池單體性能測試內(nèi)容與步驟，使用充放電設(shè)備、內(nèi)阻測試儀等工具，規(guī)范完成電池單體各項電性能測試作業(yè)。能按照電池模塊性能測試內(nèi)容與步驟，使用充放電設(shè)備、教學平臺等設(shè)備，規(guī)范完成電池模塊各項電性能測試作業(yè)。動力蓄電池性能要求電動汽車的性能要求包括續(xù)駛里程、環(huán)境適用性、加速爬坡性能、使用安全、經(jīng)濟性、使用便捷性、回收利用等方面，而動力蓄電池作為電動汽車的核心部件，其性能的好壞直接影響到車輛續(xù)航里程和動力性。2018年，工業(yè)和信息化部會同科技部、生態(tài)環(huán)境部、交通運輸部、商務(wù)部、市場監(jiān)管總局、能源局發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，構(gòu)建回收利用管理機制，推動建立回收利用體系，動力蓄電池回收就要進行性能測試。電池單體性能測試術(shù)語和定義（1）電池能量電池能量是指電池在一定放電條件下對外做功所能輸出的電能，單位通常為瓦時（W·h）。電池單體性能測試理論能量：假設(shè)電池在放電過程中始終處于平衡狀態(tài)，其放電電壓保持電動勢（E）的數(shù)值，并且放電容量為理論容量，則在此條件下電池輸出的能量為理論能量，用W0表示，W0=C0E。12實際能量：實際能量是指電池放電時實際輸出的能量，用W表示。它在數(shù)值上等于電池實際放電電壓、放電電流與放電時間的積分。在實際應(yīng)用中，經(jīng)常用電池實際容量（C）與電池放電平均工作電壓（Uav）的乘積來對實際能量進行估算，即W=CUav。3比能量：比能量是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所放出的能量，相應(yīng)的稱為質(zhì)量比能量或體積比能量，也稱為質(zhì)量能量密度或體積能量密度，常用W＇表示，單位為W·h/kg或W·h/L。術(shù)語和定義（2）電池功率電池功率是指在一定放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，用符號P表示，單位為瓦（W）或千瓦（kW）。功率密度（比功率）是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率，相應(yīng)的稱為質(zhì)量功率密度或體積功率密度。功率密度的大小，表示電池所能承受的工作電流的大小。電池的功率密度大，表示它可以承受大電流放電。功率密度是評價動力蓄電池系統(tǒng)是否滿足電動汽車加速、爬坡能力和制動能量回收能力的重要指標。電池單體性能測試術(shù)語和定義（3）電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻是指電流通過電池內(nèi)部時所受到的阻力，它包括歐姆內(nèi)阻和電極在電化學反應(yīng)時極化引起的電阻兩部分。歐姆內(nèi)阻（RΩ）和極化內(nèi)阻（Rf）之和稱為電池的全內(nèi)阻（Ri）。電池單體性能測試極化電阻化學電源的正負極在進行電化學反應(yīng)時引起的內(nèi)阻。是電化學極化和濃差極化所引起的電阻之和由電極材料、電解液、隔膜的電阻及各部分零件的接觸電阻組成歐姆內(nèi)阻術(shù)語和定義（4）電池的自放電特性自放電是指電池開路時，在一定條件下（如溫度、濕度等）電池內(nèi)部自發(fā)的或不期望的化學反應(yīng)造成可用容量自行下降的現(xiàn)象。自放電的產(chǎn)生主要是由于電極在電解液中處于熱力學的不穩(wěn)定性，電池的兩個電極各自發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。電池單體性能測試術(shù)語和定義（5）自放電率自放電率是指電池在存放時間內(nèi)，在沒有負荷的條件下自身放電，使得電池的容量損失的速度。自放電率用單位時間內(nèi)電池容量降低的百分數(shù)表示，即電池單體性能測試

式中：C前——貯存前電池的容量；C后——貯存后電池的容量；T——貯存時間，常用天、月、年表示。術(shù)語和定義（6）容量恢復能力完全充電的蓄電池在一定溫度下儲存一定時間后,再完全充電,其后放電容量與初始容量之比。鋰離子蓄電池模塊試驗時,其室溫及高溫荷電保持率應(yīng)不低于初始容量的85%,容量恢復應(yīng)不低于初始容量的90%。金屬氫化物鎳蓄電池模塊試驗時，其室溫荷電保持率應(yīng)不低于初始容量的85%，高溫荷電保持率應(yīng)不低于初始容量的70%，容量恢復應(yīng)不低于初始容量的95%。電池單體性能測試術(shù)語和定義（7）荷電保持能力電池在開路狀態(tài)下，電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。電池單體性能測試術(shù)語和定義（8）電池的儲存性能電池在一定條件下儲存一定時間后主要性能參數(shù)的變化，包括容量的下降、外觀情況和有無變形或滲液情況。電池單體性能測試電性能與影響因素動力蓄電池的電性能主要體現(xiàn)在電池的容量、內(nèi)阻等特性參數(shù)上，電池內(nèi)部活性物質(zhì)額缺失是電池老化的主要原因，隨著電池老化，其性能也會隨之衰退，動力蓄電池的容量和內(nèi)阻等特性參數(shù)也會產(chǎn)生變化。對于同一塊動力蓄電池，不同的測試條件，電池的性能參數(shù)也不同。電池單體性能測試放電性能要求A儲存性能要求B電性能與影響因素從測試內(nèi)容而言，主要是針對不同工況下電池的容量和內(nèi)阻等參數(shù)測量。電池單體性能測試電池的充電性能主要是測試電池在一定測試條件下的充電能力，但是由于不同充電樁廠家以及不同汽車廠商之間的充電效率不同，很難測試其充電容量，所以充電性能主要是規(guī)范充電條件。A電池放電性能測試主要測試電池在不同的測試條件下，其放電容量，內(nèi)阻等特性參數(shù)；電池儲存性能測試針對電池模塊及更高級別的電池儲存能力，測試其儲存電池容量的能力。B電性能與影響因素影響電池單體的性能參數(shù)的影響因素（1）溫度溫度對動力電池的特性的影響較大，實際使用過程中，溫度對電池的影響直接體現(xiàn)在電池的內(nèi)阻和電池的實際容量上。不同溫度的測試環(huán)境下（-10℃、0℃、25℃和40℃），以某款27A·h額定容量的動力蓄電池為例，進行不同溫度測試環(huán)境下的放電容量測試，其充電電流大小為27A，測試得到的結(jié)果如圖所示。電池單體性能測試不同溫度下的放電容量不同溫度下的歐姆內(nèi)阻電性能與影響因素影響電池單體的性能參數(shù)的影響因素（1）溫度從右圖可見，在一定的溫度范圍內(nèi)，動力蓄電池的容量隨溫度的升高而上升，-10℃和40℃下的放電容量相差最高達4.65A·h，約占額定容量的17.2%。在不同溫度下放電過程中，溫度會影響電池材料的活性從而影響電池的電性能，直接表現(xiàn)在電池的內(nèi)阻和端電壓上，高溫時放電過程端電壓比低溫高，高溫下電池的內(nèi)阻會明顯降低，-10℃和40℃的內(nèi)阻更是相差3倍左右，且其極化內(nèi)阻的變化更加明顯。電池單體性能測試不同溫度下的放電容量電性能與影響因素影響電池單體的性能參數(shù)的影響因素（2）充放電倍率電池的充放電倍率是指電池在規(guī)定的時間內(nèi)放出其額定容量時所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示，其計算公式為：電池單體性能測試

電性能與影響因素影響電池單體的性能參數(shù)的影響因素（2）充放電倍率右圖為25℃時，新電池和老化電池在不同的放電倍率下其實際的放電容量。25℃時不同倍率放電條件下，相較于新電池，老化電池的放電容量降低。從圖中可以看出，老化電池放電容量受充放電倍率影響更大，2C放電時老化電池放電容量為0.2C放電時的82%新電池2CG放電容量為0.2C放電容量的95.6%。電池單體性能測試不同倍率放電容量電性能與影響因素影響電池單體的性能參數(shù)的影響因素（2）充放電倍率右圖是新電池和老化電池在不同的放電倍率下其電池表面的溫度上升值（溫升數(shù)值）。25℃時不同倍率放電條件下，兩種電地在不同放電倍率下工作時外表面的溫升對比可以看出，在相同放電倍率放電時，老化電池的溫升數(shù)值更大，,老化電池1C放電時溫升達到5.3℃C，2C放電達到10.8℃。老化電池在1C與2C放電倍率使用時，放電容量較低，且溫升較大，電池老化后歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻的增加是產(chǎn)熱量增加的主要原因。電池單體性能測試不同倍率溫升數(shù)值電性能測試內(nèi)容電池電性能測試通過特定的測試設(shè)備加載特定的測試程序，可以獲得動力電池在不同狀態(tài)下的電壓、容量、內(nèi)阻、功率等參數(shù)，就當前對動力蓄電池的使用要求而言，主要測試動力蓄電池在不同環(huán)境下的充放電性能、荷電能力等。不同的測試條件下，電池的電性能參數(shù)受到試環(huán)境的影響（溫度和倍率是其主要影響因素）其電池容量、內(nèi)阻也不同，為了對電池的性能進行測試，需要規(guī)范其測試條件。電池單體性能測試電池單體和電池模塊測試內(nèi)容測試內(nèi)容電池單體電池模塊充電性能室溫倍率充電性能

√放電性能室溫放電性能√√室溫倍率放電性能

√低溫放電性能

√高溫放電性能

√內(nèi)阻√

儲存性能荷電保持與容量恢復能力

√儲存性能

√電性能測試內(nèi)容（1）單體電池標準充電方法：室溫下，以1I1（A）電流放電至放電終止電壓，擱置1h，然后以1I1（A）電流恒流充電至充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電，至充電電流降至0.05I1（A）時停止充電，充電后擱置1h。電池單體性能測試電性能測試內(nèi)容（2）電池模塊標準充電方法：室溫下,蓄電池模塊先以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池電壓達到放電終止電壓。擱置1h(或企業(yè)提供的不高于1h的擱置時間),然后按企業(yè)提供的充電方法進行充電。若企業(yè)未提供充電方法,則依據(jù)以下方法充電：

a）對于鋰離子蓄電池,以1I1（A）電流恒流充電至企業(yè)技術(shù)條件中規(guī)定的充電終止電壓時轉(zhuǎn)恒壓充電,至充電電流降至0.05I1（A）時停止充電,若充電過程中有單體蓄電池電壓超過充電終止電壓0.1V時則停止充電。充電后擱置1h（或企業(yè)提供的不高于1h的擱置時間）。b）對于金屬氫化物鎳蓄電池,以1I1（A）電流恒流充電1h,然后再以0.2I1充電1h,充電后靜置1h(或企業(yè)提供的不高于1h的靜置時間。電池單體性能測試電池單體室溫放電性能（1）性能要求電池單體室溫放電容量不低于額定容量，并且不超過額定容量的110%，同時所有測試對象的室溫放電容量極差不大于平均值的5%。（2）電池單體室溫放電容量測試步驟①按照標準充電方法對電池單體充電；②室溫下，電池單體以1I1（A）電流放電至放電終止電壓；③計量放電容量；重復步驟①～③5次，取平均值。當連續(xù)3次試驗結(jié)果的極差小于額定容量的3%，可提前結(jié)束試驗，取最后3次試驗結(jié)果的平均值。電池單體性能測試單體電池測試電池單體內(nèi)阻測試（1）性能要求采用先交流后直流的方法測試電池單體的內(nèi)阻，測試過程中不需要對電池進行充電和放電。電池單體極化內(nèi)阻應(yīng)不大于企業(yè)提供的Rac的值，歐姆內(nèi)阻不大于企業(yè)提供的Rdc的值。（2）極化內(nèi)阻測量方法對電池單體施加1～5s的電流為Ia，頻率為1.0KHz±0.1Hz的交流電，測量交流電壓Ua，計算極化內(nèi)阻Rac。Rac=Ua/Ia（Ω）式中：Ua——交流電壓有效值，單位為（V）；Ia——交流電流有效值，單位為（V）。注：交流電流的峰值應(yīng)不小于20mV。圖4-6測試設(shè)備可以實現(xiàn)高頻率的電流控制，電池單體性能測試電池單體內(nèi)阻測試（3）歐姆內(nèi)阻測量方法電池單體以0.2I1（A）電流恒流放電，10s后測量并記錄放電電壓U1；然后瞬間提升放電電流至1I1（A），1s后測量并記錄放電電壓U2；計算電池單體的歐姆內(nèi)阻Rdc。電池單體性能測試式中：I1——1h率放電電流，單位為（A）。注：目前測量電池極化內(nèi)阻和歐姆內(nèi)阻只能通過專用的測試設(shè)備進行測試，圖4-6設(shè)備可以實現(xiàn)對電池內(nèi)阻的測量。報數(shù)法任意指派一名學生開始從1-5依次報數(shù)報相同數(shù)目的同學為一組電池單體性能測試電池單體性能測試資料員負責查閱維修手冊和動力蓄電池檢測教學平臺使用說明書。操作員正確完成電池單體的充放電操作。記錄員完成記錄充放電過程。完成單體電池室溫放電性能測試和內(nèi)阻測試電池單體性能測試電池單體性能測試匯報時闡述操作步驟報告小組分工情況報告小組工作目標有動力蓄電池檢測教學平臺的場地絕緣手套、護目鏡、安全帽、耐磨手套蓄電池充放電設(shè)備、蓄電池內(nèi)阻測試儀、萬用表教學實訓平臺說明書電池單體性能測試電池充放電時注意安全。檢查線纜連接無誤后再充放電。小心重物砸腳。嚴格按照標準充電流程進行充電。嚴格按照標準放電流程進行放電。全程監(jiān)督充放電過程。電池單體性能測試電池單體性能測試電池單體室溫放電性能測試步驟及操作記錄序號步驟內(nèi)容工具操作記錄1放電以1I1（A）電流放電，至放電終止電壓時停止蓄電池充放電設(shè)備萬用表放電電流

放電終止電壓

2擱置--時長

3充電（1）1I1（A）電流恒流充電至充電終止電壓（2）轉(zhuǎn)恒壓充電（3）充電電流降至0.05I1（A）時停止充電蓄電池充放電設(shè)備萬用表充電電流

充電終止電壓

4擱置--時長

5放電以1I1（A）電流放電，至放電終止電壓時停止蓄電池充放電設(shè)備萬用表放電電流

放電終止電壓

電池單體性能測試電池單體室溫放電性能測試步驟及操作記錄序號步驟內(nèi)容工具操作記錄6擱置--時長

7計算（1）記錄室溫放電容量（2）根據(jù)公式計算放電比能量-室溫放電容量

放電比能量

8第一次重復重復步驟3～6，計算室溫放電容量和放電比能量蓄電池充放電設(shè)備萬用表室溫放電容量

放電比能量

9第二次重復重復步驟3～6，計算室溫放電容量和放電比能量，判斷是否停止試驗蓄電池充放電設(shè)備萬用表室溫放電容量

放電比能量

是否停止試驗是□否□10第三次重復重復步驟3～6，計算室溫放電容量和放電比能量，判斷是否停止試驗蓄電池充放電設(shè)備萬用表室溫放電容量

放電比能量

是否停止試驗是□否□11第四次重復重復步驟3～6，計算室溫放電容量和放電比能量蓄電池充放電設(shè)備萬用表室溫放電容量

放電比能量

12結(jié)果判定（1）統(tǒng)計每次試驗結(jié)果，取平均值（2）判斷所測電池單體是否符合標準-是否符合標準合格□不合格□判斷標準

電池單體性能測試電池單體內(nèi)阻測試記錄序號內(nèi)容工具操作記錄結(jié)果判定1極化內(nèi)阻蓄電池內(nèi)阻測試儀、萬用表Iac

合格□不合格□Uac

Rac

企業(yè)提供的極化內(nèi)阻

電池單體性能測試電池單體內(nèi)阻測試記錄序號內(nèi)容工具操作記錄結(jié)果判定2歐姆內(nèi)阻蓄電池內(nèi)阻測試儀、萬用表I1

合格□不合格□U1

U2

Rdc

企業(yè)提供的歐姆內(nèi)阻電池單體與電池模塊性能區(qū)別動力蓄電池單體初始容量、電壓、內(nèi)阻和衰減特性等參數(shù)存在差異性，成模塊使用時會產(chǎn)生不均衡初象，影響電池模塊的使用效率和壽命，甚至引發(fā)安全事故。對動力蓄電池模塊而言，由于電的單體并聯(lián)，工作環(huán)境復雜，電池模塊之間會產(chǎn)生不一致問題，各個單體蓄電池之間隨著電池的使用，其電性能參數(shù)的不一致性也會隨之提高。電池模塊性能測試電池單體與電池模塊性能區(qū)別針對電池模塊而言，各個電池單體之間的內(nèi)阻不盡相同，在實際使用過程中，單體電池之間的內(nèi)阻還存在耦合關(guān)系，很難直接通過測試判定電池模塊的內(nèi)阻，所以單體級別電池的內(nèi)阻測試不再適用于電池模塊，在電池模塊中暫不對其進行測試。電池模塊性能測試電池單體與電池模塊性能區(qū)別相比于電池單體而言，電池模塊由于單體之間的不一致性和相互之間復雜耦合關(guān)系，隨著電池老化，其不同溫度下的放電能力和不同放電倍率下的放電能力都會下降的更加劇烈，所以電池模塊電性能測試中引入不同溫度及不同倍率下的放電容量測試。為了防止電池模塊由于電池單體的不一致性，局部短路等對電池模塊產(chǎn)生的影響，電池模塊電性能測試在單體測試的基礎(chǔ)上引入了荷電保持與容量恢復能力測試和儲存性能測試以確保電池模塊的電性能。電池模塊性能測試室溫倍率充電性能（1）性能要求模塊在室溫倍率充電后，放電容量不低于初始容量的80%。（2）電池模塊室溫倍率充電性能測試步驟①室溫下，電池模塊以1I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓；②擱置1h；③室溫下，電池模塊以2I1（A）電流充電至任一電池單體達到充電終止電壓，并且總充電時間不超過30min（注：充電電流最大不超過400A）；④擱置1h；⑤室溫下，電池模塊以1I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓；⑥計量放電容量。電池模塊性能測試電池模塊測試室溫放電性能（1）性能要求電池模塊室溫放電容量不低于額定容量，并且不超過額定容量的110%，同時所有測試對象的室溫放電容量極差不大于平均值的7%。（2）電池模塊室溫放電容量測試步驟①按照標準充電方法對電池模塊充電；②室溫下，電池模塊以1I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓；③計量放電容量；④重復步驟①～③5次，取平均值。當連續(xù)3次試驗結(jié)果的極差小于額定容量的3%，可提前結(jié)束試驗，取最后3次試驗結(jié)果的平均值。電池模塊性能測試電池模塊測試室溫倍率放電性能（1）性能要求電池模塊室溫倍率放電容量不低于初始容量的90%。（2）電池模塊室溫倍率放電容量測試步驟①按照標準充電方法對電池模塊充電；②室溫下，電池模塊以3I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓（注：放電電流最大不超過400A）；③計量放電容量。電池模塊性能測試電池模塊測試低溫放電性能（1）性能要求電池模塊低溫放電容量不低于初始容量的70%。（2）電池模塊低溫放電容量測試步驟①按照標準充電方法對電池模塊充電；②在低溫下擱置24h；③在低溫下，電池模塊以1I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓；④計量放電容量。注：低溫指-20℃±2℃。圖4-7設(shè)備可以控制充放電過程中的溫度，電池端電流等，以此實現(xiàn)對電池放電性能的測試。電池模塊性能測試電池模塊測試高溫放電性能（1）性能要求電池模塊高溫放電容量不低于初始容量的90%。（2）電池模塊低溫放電容量測試步驟①按照標準充電方法對電池模塊充電；②在高溫下擱置24h；③在高溫下，電池模塊以1I1（A）電流放電至任一電池單體達到放電終止電壓；④計量放電容量。注：高溫指55℃±2℃。電池模塊性能測