动力电池性能检测课程.pptx 49页

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《新能源汽车动力电池及充电系统检修》任务3动力电池性能测试教学目标知识目标（1）能够描述储能电池的主要性能指标； （2）能够描述动力电池性能指标的含义和检测方法。 技能目标：（1）具备动力电池电压测量能力； (2)能够检测动力电池及单体电池电压数据。 能力目标 （1）能够制定工作计划，独立完成工作和学习任务。 （2）工作过程中能够与团队其他成员合作、沟通、分工学习任务，具有团队合作意识和安全操作意识。 （3）养成服从管理、规范操作的良好工作习惯。 （四）养成安全工作习惯。 1.任务介绍 2.获取信息 3.任务实施 4.任务考核学习目录 任务介绍 某电动汽车因动力电池组损坏而无法行驶。 动力电池组组件需要拆解进行单独测试。 你的主管要求你测量动力电池的相关数据。 你能完成这个任务吗？ 获取信息指导问题一：动力电池的主要性能指标有哪些？ 1、储能电池主要性能指标动力电池是储能电池的一种。 要了解动力电池的性能指标，首先要了解储能电池的性能指标。 储能电池（以下简称“电池”）种类繁多，性能各异。 常用表征其性能的指标包括电性能、机械性能、储存性能等，有时还包括使用性能和经济成本。 电池的主要性能指标如下：（1）电压分为电动势、额定电压、开路电压、放电电压和终止电压等。

1）电动势 电池的电动势又称电池标准电压或理论电压，是组成电池的两个电极的平衡电位之差。 2）端电压 电池的端电压是指电池正负极之间的电位差。 获取信息 3) 开路电压 电池的开路电压是指电池在空载条件下的端电压。 开路电压不等于电池的电动势。 必须注意的是，电池的电动势是根据热力学函数计算出来的，而电池的开路电压是实际测量的。 4）工作电压：电池在一定负载下的实际放电电压，通常指一个电压范围。 例如铅酸电池的工作电压为1.8V~2V； 镍氢电池的工作电压为1.1V~1.5V； 锂离子电池的工作电压为2.75V~3.6V。 5）额定电压是指本电化学系统的电池工作时公认的标准电压。 例如锌锰干电池为1.5V，镍镉电池为1.2V，铅酸电池为2V。 6）终止电压是指放电结束时的电压值，根据放电电流的大小、放电时间、负载和使用要求而变化。 以铅酸电池为例：电动势为2.1V，额定电压为2V，开路电压接近2.1V，工作电压为1.8V~2V，放电终止电压为1.5V ~1.8V。 放电终止电压 终止电压根据放电倍率的不同而不同。 获取信息 7) 充电电压是指外部电源的直流电压对电池充电时的电压。 一般充电电压大于电池的开路电压，通常在一定范围内。

例如镍镉电池的充电电压为1.45V~1.5V； 锂离子电池充电电压为4.1V~4.2V； 铅酸电池的充电电压为2.25V~2.7V。 8）电压效率是指电池的工作电压与电池电动势的比值。 电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆电压降的存在，导致电池的工作电压小于电动势。 改善电极结构（包括真实表面积、孔隙率、孔径分布、活性物质颗粒尺寸等）和添加添加剂（包括导电物质、膨胀剂、催化剂、疏水剂、掺杂等）是两个重要途径以提高电池电压效率。 方式。 获取信息 (2)内阻 内阻是指电池工作时电流流过电池内部的阻力。 电池在短时间内的稳态模型可以看作是一个电压源，其内阻抗就相当于一个电压源。 电池的内阻决定了电池的效率。 电池包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。 例如，铅酸电池的内阻包括正负极板的电阻、电解液的电阻、隔膜的电阻、连接器的电阻。 获取信息 （三）容量和比容量 1）容量是指电池充满电后，在一定的放电条件下所能释放的电量，用符号C表示，单位为安时（A·h） ）或毫安小时（mA·h），容量与放电电流和充放电截止电压有关。 电池的容量可分为理论容量、额定容量、实际容量和标称容量。

A。 理论容量假设所有电极活性材料都参与电池的电化学反应，是根据法拉第定律计算的最高理论值。 b. 额定容量 额定容量又称保证容量，是指电池在设计、制造电池时，按照国家或有关部门颁布的标准，在一定的放电条件下所能放出的最低电量。 获取信息 C. 实际容量 实际容量是指电池在一定放电条件下实际释放的电量。 它等于放电电流和放电时间的乘积。 对于实际的化学电源来说，其实际容量总是低于理论容量，通常比额定容量大10%至20%。 电池容量的大小与正负极上活性物质的数量和活性，以及​​电池的结构和制造工艺，以及电池的放电条件（电流、温度）有关。 影响电池容量的综合指标是活性物质的利用率。 换句话说，活性物质利用得越充分，电池的容量就越高。 采用薄电极和多孔电极，以及降低电池内阻，可以提高活性材料的利用率，从而提高电池的实际输出容量。 d. 标称容量 标称容量（或标称容量）是用于识别电池的适当近似值。 在规定放电条件时，一般指0.2C放电时的放电容量。 获取信息 2）比容量 为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念。 比容量是指电池单位质量或单位体积所能提供的电量，因此称为质量比容量或体积比容量。

电池工作时，通过正极和负极端子的电量始终相等。 然而，在实际电池的设计和制造中，正负极的容量一般不相等，电池的容量受到容量较小的电极的限制。 在实际电池中，正极的容量限制了整个电池的容量，而负极的容量则过多。 获取信息 (4) 效率 电池充当能量储存器。 它们在充电时将电能转化为化学能并储存起来，在放电时释放出电能。 在这个可逆的电化学转换过程中，存在一定量的能量损失。 通常用电池的容量效率和能量效率来表示。 对于电动汽车来说，续驶里程是最重要的指标之一。 在电池组容量和输出阻抗一定的前提下，根据能量守恒定律，电池组输出的能量转化为两部分：一部分作为散热损失在电阻上；另一部分则作为热量散失在电阻上。 另一部分提供给电机控制器并转换为有效功率。 两部分能量的比值取决于电池组输出阻抗与电机控制器等效输入阻抗的比值。 电池组阻抗越小，无用热损失越小，输出效率越高。 获取信息 1) 容量效率 容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比。 影响电池容量效率的主要因素是副反应。 电池充电时，部分电量消耗在水的分解中。 此外，自放电、电极活性材料脱落、团聚、孔隙收缩等也会降低容量输出。 2）能源效率 能源效率也称电能效率，是指电池在放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。 影响能源效率的原因是电池的内阻，它使电池充电电压升高，放电电压降低。

内阻中的能量损失以电池热量的形式损失掉。 获取信息 （5）能量 电池的能量是指电池在一定的放电制度下能够输出的电能，通常以瓦时（W·h）表示。 电池的能量反映了电池的功率，也是电池放电过程中能量转换的衡量标准。 对于电动汽车来说，电池的能量直接影响电动汽车的行驶距离。 1）理论能量假设电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势值，活性物质利用率为100%，即放电容量等于理论容量容量，那么在这种情况下电池输出的能量就是理论能量，是可逆电池在恒温恒压下所做的最大功。 2）实际能量 实际能量是电池放电时实际输出的能量。 它在数值上等于电池实际容量与电池平均工作电压的乘积。 获取信息 3）比能 比能（能量密度）分为质量比能和体积比能。 质量比能量是指电池单位质量所能输出的能量，常用单位为W·h/kg。 也称为质量能量密度。 体积比能量是指电池单位体积所能输出的能量，也称为体积能量密度，常用单位为W·h/L。 比能量通常用于比较不同的电池系列。 比能又分为理论比能和实际比能。 获取信息A. 理论比能量是指1kg电池反应物质在完全放电时理论上能够输出的能量。 根据正负极活性物质的理论质量比容量和电池的电动势，可以直接计算出电池的理论质量比能量。

如果电解液参与电池反应，则需要添加理论量的电解液。 理论比能量仅根据电池反应方程考虑完全可逆电池反应条件下的比能量，因此是理想化模型。 对于实际应用中的电池来说，实际比容量更有意义。 由于电池反应无法达到完全可逆的充放电和能量状态，而实际电池中许多必需的辅助材料占据了电池的质量和体积。 b. 实际比能量是指质量为1kg的电池在放电过程中实际输出的能量。 它表示为电池实际输出能量与整个电池质量（或体积）的比值。 由于各种因素的影响，电池的实际比能量相差甚远。 小于理论比能。 获取信息 (6) 功率和比功率 电池的功率是指电池在一定的放电制度下，单位时间输出的能量。 单位为瓦（W）或千瓦（kW）。 电池单位质量或单位体积输出的功率称为比功率，其单位为W/kg或W/L。 如果电池的比功率大，则意味着单位时间单位重量或单位体积给出的能量较多，也就意味着电池可以用较大的电流放电。 因此，电池的比功率也是评价电池性能的重要指标之一。 获取信息 对于纯电动汽车，电能存储装置应具有尽可能高的比能量，以保证车辆的续驶里程。 对于混合动力汽车来说，电能存储装置应具有尽可能高的比功率，以保证车辆的动力。 不同储能装置的比能量和比功率对比如表2-3-1所示。

表2-3-1 不同储能装置比能量和比功率比较 获取信息 （7）放电电流和放电深度 放电电流的大小或放电条件，通常用放电倍率来表示，是电池容量或能量的技术参数。 1）放电率是指放电的速率，常表示为“小时率”和“率”。 小时率是指以放电时间（h）表示的放电率，即以一定的放电电流放出额定容量所需的时间。 倍率是指电池在规定时间内释放额定容量时输出的电流值，在数值上等于额定容量的倍数。 例如2“倍率”放电是指放电电流值是额定容量的两倍。 如果电池容量为3A·h，则放电电流应为2×3=6A，即2“倍率”放电。 2）放电深度是放电程度的衡量标准，是放电容量与总放电容量的百分比，简称DOD（深度）。 放电深度与二次电池的充电寿命密切相关：二次电池的放电深度越深，其充电寿命越短，因此使用时应避免深度放电。 获取信息（8）充电（state-of-char）是指电池放电后剩余容量与充满电容量的百分比，称为充电程度。 (9)储存性能和自放电对于所有化学电源来说，即使将其置于开路状态而不与外电路接触，容量也会自然衰减。 这种现象称为自放电，也称为电荷保持能力。 电池自放电的大小用自放电率来衡量，一般用单位时间容量减少的百分比来表示：自放电率=（存放前的电池容量-存放后的电池容量）/存放前的电池容量存储×100% 获取信息 (10) 寿命 电池的寿命分为存储寿命和使用寿命。

储存寿命有两个概念：“干储存寿命”和“湿储存寿命”。 使用时添加电解液的电池的储存寿命习惯上也称为干储存寿命。 干燥保存期可以很长。 2、出厂前已添加电解液的电池的贮存寿命习惯上称为湿贮存寿命。 湿储存时自放电严重，寿命短。 使用寿命是指电池实际使用的时间。 对于原电池来说，电池寿命是在给定额定容量（与放电倍率相关）的情况下工作时间的表示。 对于二次电池来说，电池寿命分为两种：充放电循环寿命和湿储存寿命。 获取信息2.动力电池性能指标动力电池作为测试对象有单体和电池组两种形式。 单体是电池的最基本单元，称为单体电池，构成车用动力电池的基础。 单体电池的电压和能量非常有限。 使用时一般将它们串联、并联起来，以提高输出电压和功率。 为了方便电池的安装、运输和使用，一般将多个单体电池串联、并联组成动力电池组。 动力电池组装在一定尺寸和接口的电池箱内，配备电池管理系统后安装在电动汽车上使用。 除传统的铅酸电池外，镍氢电池、锂离子电池等车用动力电池根据各自的技术原理也有不同的特点。 各种电池具有不同的比容量、充放电次数、技术成熟度表现。 获取信息 典型电池的性能指标参数值如表2-3-2所示： 表2-3-2电池性能指标参数表 获取信息 电动汽车用动力电池的主要性能指标包括电压、内阻、容量和比率 容量、能量和效率等

电动汽车要与传统燃油汽车竞争，关键是开发高比能量、高比功率、长使用寿命的高效电池。 目前，动力电池性能评价已有较为完善的法规和测试方法。 综上所述，电池的质量主要从电池的基本性能、循环性能（使用寿命）和安全性来评价（表2-3-3）。 表2-3-3 动力电池常见性能评价。 信息获取指导问题2：如何检测动力电池的性能？ 动力电池性能指标常用的测试方法包括：荷电状态（SOC）、内阻、容量、循环寿命、一致性等测试方法。 1、SOC状态检测电池的荷电状态（SOC）用来反映电池的剩余容量。 这是国内外比较统一的认识。 其值定义为电池剩余容量与电池容量的比值。 荷电状态（SOC）是动力电池的重要技术参数。 只有准确地了解电池的荷电状态，才能更好地使用电池。 由于电池组的SOC与多种因素相关，且具有很强的非线性，给SOC的实时在线估算带来了很大的困难。 没有方法可以准确测量电池的荷电状态。 目前主要的测量方法有：开路电压法、安时测量法、内阻法等。 获取信息 (1)开路电压法利用电池的开路电压与电池的开路电压之间的对应关系。电池的SOC，并通过测量电池的开路电压来估计SOC。 开路电压法比较简单。 但开路电压法适用于稳态下电池SOC的测试，不能用于动态电池SOC的估算。

(2)安时积分法 安时积分法通过对负载电流的积分来估算SOC。 该方法实时测量电池充放电的电量，从而随时给出电池的剩余电量。 实现起来比较简单，不受电池本身的限制。 适合利用实时监控。 它简单易用，算法稳定。 它已成为电动汽车中最常用的SOC估算方法。 图2-3-1 安时积分法常规估算模型获取信息 （3）内阻法 电池的SOC与电池的内阻之间存在一定的关系。 电池的内阻与SOC之间的关系可以用来预测电池的荷电状态。 。 图2-3-2是电池内阻测试仪。 图2-3-2 电池内阻测试仪获取信息 2、内阻检测 内阻是电池最重要的特性参数之一。 大多数老化电池由于内阻太大而无法再使用。 通常电池的内阻很小，一般以毫欧为单位。 不同的电池有不同的内阻。 同一型号的电池由于各电池内部电化学性能不一致，其内阻也不同。 对于电动汽车动力电池来说，电池的放电倍率是非常高的。 在设计和使用过程中，应尽可能降低电池的内阻，以保证电池发挥其最大功率特性。 锂离子电池的内阻并不是一个固定的常数，而主要受使用过程中荷电状态（SOC）和温度等因素的影响。 内阻测量是一个相对复杂的过程。 目前主要有两种方法，即直流放电法和交流阻抗法。 获取信息（1）直流放电法直流放电法是用瞬间大电流（一般几十到几百安培）对电池进行放电，然后测量电池两端的瞬时压降，然后通过欧姆表计算出电池内阻。法律。

图21-3-3 直流放电测试仪一般有电阻和散热装置来获取信息 (2)交流阻抗法。 交流阻抗法采用小幅值正弦波电流或电压信号作为激励源，注入电池。 测量响应信号以估计电池的内阻。 这种方法的优点是使用交流法的测量时间较短，而且不会因为大电流放电而对电池本身造成太大的损坏。 获取信息3.容量检测电池容量是指电池在一定条件下（包括放电倍率、环境温度、终止电压等）提供或释放的电量，即电池储存的电量，这是电池的另一个重要性能指标。 。 容量通常以安培小时 (Ah) 或瓦时 (Wh) 表示。 Ah容量是国内外标准中常用的容量表示方法。 它延续了电动汽车电池的概念，代表电池在一定电流下的放电容量。 它常用于电动汽车电池。 如图2-3-4所示电池容量测试仪及测试方法。 图2-3-4 电池容量测试仪及获取信息的测试方法 电池容量测试的标准流程为：放电阶段→搁置阶段→充电阶段→搁置阶段→放电阶段。 具体为：采用专用电池充放电设备，在特定温度条件下，以设定电流对电池进行放电，当电池电压达到技术指标或产品说明书规定的放电终止电压时停止放电，并放置一段时间。一段的时间。 ，然后再次充电。 充电一般分为两个阶段。 首先，采用定电流、恒电流充电。 当电池电压达到技术规范或产品说明书规定的充电终止电压时，转入恒压充电。 此时充电电流逐渐减小，直到充电电流下降到一定值时停止充电，充电后静置一段时间。

在设定的环境下以固定的电流进行放电，直到放电终止电压。 将电流值在放电时间上积分以计算容量（以 A·h 为单位）。 获取信息 4.寿命测试 电池在使用过程中容量会逐渐损失。 锂离子电池容量损失的原因有很多，包括材料原因和生产工艺因素。 一般认为，当电池使用完毕后只能充满其原始容量的80%时，就不再适合在电动汽车中继续使用，可以分阶段利用、回收、拆解和再生。 电池的寿命可分为循环寿命和日历寿命，其中循环寿命应用最为广泛。 常规的循环寿命测试方法基本上是一个循环的容量测试充电和放电过程：典型的方法是：将电池充满电，并在特定的温度和电流下对电池进行放电，直到放电容量达到某个预设值，如此重复连续几次。 然后将电池充满电，放电至放电截止电压，检查其容量。 如果电池容量低于额定容量的80%，则终止测试。 在规定条件下重复充放电循环的次数即为循环寿命数。 获取信息 5、一致性检测 电池容量分为单体电池容量和电池组容量。 在目前的动力电池技术水平下，电动汽车必须使用多个电池组成的电池组才能满足使用要求。 由于同类型、同规格、同型号的电池之间开路电压、内阻、容量等参数存在差异，即电池性能存在不一致，动力电池组的性能指标往往达不到标准。用于电动汽车。 到单体电池原有水平，使用寿命缩短，严重影响其在电动汽车中的应用。 有必要对电池组的一致性进行测试和评估。

电池开路电压间接反映了电池的某些性能。 确保电池开路电压一致是确保性能一致的一个重要方面。 常用的方法是让电池静置数十天，充满电时测量电池的自放电率，并在充满电状态下测量不同存放时间电池的开路电压，检查自放电率和电压是否一致。 评估电池一致性。 获取信息的能力是反映电池性能的重要参数。 根据标准的容量测试流程可以计算出容量，然后根据容量和分布来评估一致性。 该方法具有操作简单、设备便宜、易于厂家实施的特点； 然而，不同的工作条件和使用环境会导致电池电压和容量特性的变化。 规定条件下的容量一致，不保证电池的实际充放电。 在此过程中保持一致。 图2-3-5 电池容量分类柜任务实现 1. 实现要求 该任务主要包括两个操作： （1）测量动力电池母线正负输出端电压。 (2)动力电池高压电缆正负极端子电流。 2、实施准备 （1）防护用品：安全防护用品。 （2）整车、台架、总成：北汽新能源EV160整车或动力电池台架。 (3)专用工具和设备：电压表； 故障检测器。 （4）手动工具：无。 （5）辅助材料：警示标志、设备； 绝缘地板胶； 任务实施 3、实施步骤 （1）安装外前格栅防护罩及左右翼子板防护罩，如图2-3-6所示。

图2-3-6实施安装外部前格栅保护盖以及左右挡泥板保护（2）使用10毫米扳手松开电池负电线固定螺栓，卸下负线并保护负端子， ，如图2-3-7所示。 注意：①在卸下电池的负端子之前，请确保关闭点火开关并将汽车钥匙放入口袋中。 ②您必须等待15分钟才能继续下一步。 图2-3-7执行了卸下辅助电池负端子（3）的任务的实现图2-3-8。 。 注意：①在拆卸之前，必须卸下电池的负端子并等待15分钟。 ②在拆卸高压零件之前，必须采取保护措施。 ③当拆卸高压零件时，必须使用绝缘工具。 图2-3-8实施了卸下关节固定螺栓的任务（4）测量电池电量电源线束电压：①打开万用表并使用直流电压范围进行测量。 红色仪表接触电池电源线束（+），而黑仪表接触电池电池。 电源线束（ - ），如图2-3-9所示。图2-3-9的实现了测量电池电源电源电源线束的任务