鋰離子動力電池單體日歷壽命試驗(yàn)方法解析

鋰離子動力電池單體日歷壽命試驗(yàn)方法解析中國汽車工程學(xué)會《T/CSAE118-2019鋰離子動力電池單體日歷壽命試驗(yàn)方法》于2019年10月正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)由電動汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織和支持，由中國汽車技術(shù)研究中心有限公司牽頭研究和編制，三星環(huán)新（西安）動力電池有限公司、上海蔚來汽車有限公司、微宏動力系統(tǒng)（湖州）有限公司、浙江谷神能源科技股份有限公司、比亞迪股份有限公司、中航鋰電（洛陽）有限公司、天津力神電池股份有限公司、天津大學(xué)等單位參與研究與編制工作。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，填補(bǔ)了動力電池日歷壽命相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的空白，將為規(guī)范動力電池行業(yè)發(fā)展提供有力支撐。消費(fèi)者對電動汽車的關(guān)注點(diǎn)主要集中在使用便捷性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面。動力電池作為電動汽車最核心的零部件，其性能將直接決定整車的使用性能，整車的各項(xiàng)性能要求其實(shí)也是對動力電池的性能要求（如圖1所示）。整車要具有良好的經(jīng)濟(jì)性，就需要動力電池具備低成本和長壽命的要求（其中壽命包括循環(huán)壽命和日歷壽命）。續(xù)駛里程環(huán)境友好內(nèi)性第良好全氣候使用條件'環(huán)境適應(yīng)性）高功率窮度續(xù)駛里程環(huán)境友好內(nèi)性第良好全氣候使用條件'環(huán)境適應(yīng)性）高功率窮度牙高安全特性用土阜用菲環(huán)莆命底整車要求電池要求整車要求電池要求圖1整車要求與動力電池要求的對應(yīng)關(guān)系縱觀目前國內(nèi)由國標(biāo)、行標(biāo)和團(tuán)標(biāo)等組成的動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系，其目的是滿足電動汽車行業(yè)對于整個(gè)動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的需求，包括各層級產(chǎn)品的研發(fā)、制造、集成、測試評價(jià)、梯次利用及回收等（如圖2所示）。圖2動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系的布局目前，國內(nèi)已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系。在動力電池壽命測試驗(yàn)證領(lǐng)域，僅有國標(biāo)《GB/T31484-2015電動汽車用動力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法》對循環(huán)壽命進(jìn)行了規(guī)定，但是針對日歷壽命的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還處于空白狀態(tài)。在動力電池日歷壽命方面，國外某些科研機(jī)構(gòu)發(fā)布了涉及鋰離子動力電池日歷壽命測試方法的測試手冊，包括《FreedomCARBatteryTestManualforPower-AssistHybridElectricVehicles》和《USABCElectricVehicleBatteryTestProceduresManual》等。本標(biāo)準(zhǔn)T/CSAE118-2019的制定為動力電池日歷壽命測試提供一種規(guī)范的方法，即通過制定嚴(yán)格的測試流程和規(guī)范的測試內(nèi)容，依賴試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)學(xué)擬合等手段，實(shí)現(xiàn)對電動汽車用鋰離子動力電池日歷壽命的加速預(yù)測和評價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)的主體部分包括了7項(xiàng)內(nèi)容：充電方法、SOC-OCV測試、SOC調(diào)整、目標(biāo)溫度點(diǎn)、不同溫度存儲等5項(xiàng)共性測試方法，以及分別針對純電動汽車應(yīng)用和混合動力汽車應(yīng)用給出的具體測試流程、狀態(tài)參數(shù)方法及壽命終止測試條件等。標(biāo)準(zhǔn)中給出的動力電池日歷壽命的測試流程如圖3所示，主要包括：a）測定動力電池樣品的初始狀態(tài)參數(shù);

b）在室溫下調(diào)整動力電池SOC狀態(tài)至目標(biāo)狀態(tài);c）將樣品進(jìn)行不同溫度下的存儲（通過在高溫下存儲實(shí)現(xiàn)日歷壽命的加速測試），存儲過程中定期測試樣品的開路電壓，確定樣品的SOC狀態(tài)，如果SOC低于目標(biāo)值（判斷標(biāo)準(zhǔn)為低于目標(biāo)值的5%），需要調(diào)整SOC，然后繼續(xù)存儲;d）完成n小時(shí)存儲后，調(diào)節(jié)溫度至室溫，擱置一定時(shí)間直至達(dá)到熱平衡，測定樣品的狀態(tài)參數(shù);e）重復(fù)步驟c）和步驟d）,直至樣品達(dá)到規(guī)定的日歷壽命終止條件。否星否壽命蜒止否儲存門少時(shí)否路電壓是否下是F面重點(diǎn)針對其中的要點(diǎn)進(jìn)行介紹。圖3動力電池日歷壽命測試流程圖不同溫度存儲調(diào)整初始狀態(tài)參數(shù)測厲特性鑫數(shù)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)束否星否壽命蜒止否儲存門少時(shí)否路電壓是否下是F面重點(diǎn)針對其中的要點(diǎn)進(jìn)行介紹。圖3動力電池日歷壽命測試流程圖不同溫度存儲調(diào)整初始狀態(tài)參數(shù)測厲特性鑫數(shù)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)幵蠟調(diào)整50匸SOC-O匚甘測試樣品在擱置時(shí)的SOC狀態(tài)是影響電池日歷壽命的重要因素。不同的應(yīng)用場景,對于混合動力汽車用動力電池，目標(biāo)SOC建議選擇80%、65%、50%、35、20%;對于純電動汽車用動力電池，目標(biāo)SOC建議選擇90%、70%、50%、35%、20%。對于進(jìn)行日歷壽命測試的目標(biāo)溫度點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)中建議選取3個(gè)及以上的目標(biāo)溫度點(diǎn)，例如選取25°C和測試樣品最高使用溫度（建議不高于55°C）作為溫度區(qū)間上下限，每隔10°C或5°C,設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度點(diǎn)。從前文可知，當(dāng)樣品以一定的SOC擱置在溫度環(huán)境中時(shí)，需要每隔一定時(shí)間（假設(shè)該值為x）檢查電池的OCV,并且在擱置時(shí)間n達(dá)到一定時(shí)長后測定電池的狀態(tài)參數(shù)。其中x和n值越小，得到的測試數(shù)據(jù)越全面，測試結(jié)果越精確，但會導(dǎo)致測試工作量越大，因此需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在數(shù)據(jù)質(zhì)量和測試工作量之間取得平衡。對于這一點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)中對于x值，建議首月每周檢查2次OCV,第二個(gè)月每周檢查1次OCV,之后每兩周檢查1次OCV；對于n值，建議可以選擇168240、336、672、720（建議前3個(gè)月選擇168hr，后面時(shí)間間隔逐漸增大），且需保證生命周期內(nèi)所進(jìn)行的狀態(tài)參數(shù)測量不少于m次，其中m的參考值為5?10。對于狀態(tài)參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中分別針對純電動汽車和混合動力汽車應(yīng)用給出了不同的狀態(tài)參數(shù)，包括電池自由狀態(tài)尺寸、放電容量、直流內(nèi)阻和峰值功率等。其中對于電池自由狀態(tài)尺寸，建議分別測試四角（距離電池邊緣垂直距離1厘米）的厚度以及電池中心的位置厚度，并記錄。另外為避免拆裝夾具給日歷壽命測試帶來負(fù)面影響，存儲過程中不再進(jìn)行電池自由狀態(tài)尺寸測試。其余狀態(tài)參數(shù)也分別給出了具體的測試方法和工況等。整體上，本標(biāo)準(zhǔn)針對目前動力電池行業(yè)較為通用的日歷壽命測試，主要從測試的一般流程和測試細(xì)節(jié)等方面進(jìn)行了梳理。隨著對電池老化問題理解的不斷加深，仍需要基于標(biāo)準(zhǔn)主體，不斷進(jìn)行動