《新能源汽車動力電池及充電管理》課件-任務3 新能源汽車動力電池的性能測試

任務3新能源汽車動力蓄電池的性能測試目錄CONTENTS動力蓄電池的性能指標1動力蓄電池性能檢測2動力蓄電池的回收梯次利用33教學目標知識目標熟悉動力蓄電池的性能指標；掌握動力蓄電池的性能檢測方法；了解動力蓄電池的回收梯次利用。能力目標能正確檢測動力蓄電池的性能；能正確理解動力電池回收梯次利用。素質(zhì)目標培養(yǎng)精益求精的工匠精神；培養(yǎng)“節(jié)約資源，高效利用資源，保護生態(tài)環(huán)境”

的意識和能力。情景導入假如你在一家4S店擔任維修學徒的工作，某日維修接待接手一輛某品牌純電動車輛。經(jīng)過售后經(jīng)理判斷，該車動力蓄電池出現(xiàn)故障，需對動力電池性能進行檢測，你能完成該工作嗎？3.1動力蓄電池的性能指標

動力電池作為汽車的動力源，在汽車上發(fā)揮重要作用，評價電池性能主要看性能指標，其性能指標有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、使用壽命等。動力電池性能指標01電壓（V）開路電壓：指電池在沒有連接外電路或者外負載時的電壓。開路電壓與電池的剩余能量有一定的聯(lián)系，電量顯示就是利用這個原理。額定電壓：電池在標準條件下工作時達到的電壓。工作電壓：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，又稱負載電壓。在電池放電工作狀態(tài)下，當電流流過電池內(nèi)部時，必須克服內(nèi)阻的阻力，故工作電壓總是低于開路電壓。01電壓（V）放電電壓：電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓。放電終止電壓：指電池充滿后進行放電，放完電時達到的電壓（若繼續(xù)放電則為過度放電，對電池壽命和性能有損傷）。充電限制電壓：充電過程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷骸?1電壓（V）表3-1各類型單體電池各工況電壓定

義：電池容量是指完全充滿電的電池在規(guī)定的放電條件下（如溫度、放電率、截止電壓等）所能放出的總電量。容量是電池電性能的重要指標，它由電極的活性物質(zhì)決定。容量等于放放電電流與放電時間的乘積，容量用符號C表示，單位用A·h（安時）或者mA·h（毫安時）表示。理論容量：是指假設活性物質(zhì)能完全被利用，電池能釋放出的最大容量，可根據(jù)

電化學當量數(shù)計算得出。實際容量：是指電池在一定的放電條件下實際放出的電量，容量越大，車輛續(xù)駛里越遠。電池的實際容量主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量，活性物質(zhì)的利用率。電壓（V）01額定容量：按相關標準，在設計規(guī)定的條件（如溫度、放電率、截止電壓等）下，充滿電的電池以額定電流放電至終止電壓所能釋放的電量。

比容量：

是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的電量，單位為（A·h/kg)或(A·h/L)。荷電狀態(tài)：在電池一定放電倍率下，剩余容量與相同條件下額定容量的比值。電壓（V）01內(nèi)阻（mΩ）02分類：電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，歐姆內(nèi)阻是電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，極化內(nèi)阻包括電化學極化與濃差極化引起的電阻。產(chǎn)生結果：由于內(nèi)阻的存在，當電池放電時，電流經(jīng)過內(nèi)阻要產(chǎn)生熱量，消耗能量，電流越大，消耗能量越多。所以內(nèi)阻越小，電池的性能越好，不僅電池的實際工作電壓高，消耗在內(nèi)阻上的能量也少。定義：電池的內(nèi)阻是指電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部受到的阻力。阻力越大，電池工作內(nèi)耗越大，電池效率越低。影響因素：電池內(nèi)阻是一個非常復雜而又非常重要的特性，影響內(nèi)阻的因素有材料、制造工藝、電池結構等。02內(nèi)阻（mΩ）電池內(nèi)阻測量

目前測量蓄電池內(nèi)阻的常見方法有：密度法、開路電壓法、直流放電法、交流注入法、內(nèi)阻測試儀法。電池能量（Wh）定義：指電池在一定放電條件下，對外做功所能輸出的電能，用Wh來表示。比能量：是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的電能，單位為(Wh/kg)或（Wh/L）。公式：能量（Wh）=額定電壓（V）×工作電流（A）×工作時間（h）。例如：3.2V15Ah單體電芯的能量為48Wh394.2V130Ah電池組的能量是51.2KWh理論能量：是電池的理論容量與額定電壓的成績。實際能量：是指電池放電時實際輸出的能量，它在數(shù)值上等于電池實際容量與平均工作電壓的乘積。電池能量是衡量電池帶動設備做功的重要指標。0304能量密度（Wh/Kg）定義：指單位體積或單位質(zhì)量的電池所釋放的能量，通常用體積能量密度（Wh/L）或質(zhì)量能量密

度（Wh/Kg）表示。

例如：一節(jié)鋰電池重325g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其能量密度為113Wh/Kg。

上表為理論值，在實際應用情況中需要考慮電池結構中的殼體、零件等各方面因素。目前鋰電池的能量密度是鎳鎘和鎳氫電池的3倍和1.5倍，能量密度的高低是由材料與結構決定的。表3-2電池能量密度05功率與功率密度指電池在一定放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，單位是W或KW。功率：又稱比功率，是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，單位為W/Kg或W/L。比功率是評價電池及電池包是否滿足電動汽車加速和爬坡能力的重要指標。功率密度：06放電倍率（A）電池放電倍率表示電池放電快慢的程度，用C表示，等于放電電流的強度與容量的比值（倍數(shù)）。定義：

例如：某電池的額定容量為10Ah的電池，若以10A的電流放電，1小時放電完畢，稱為1C放電倍率；若以20A的電流放電，0.5小時放電完畢，稱為2C放電倍率；若以2A的電流放電，5小時放電完畢，稱為0.2C放電倍率。07充電方式表3-3常用動力蓄電池的充電方式CC

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CV：

CC即恒流，以固定的電流對電池充電；CV即恒壓，以固定的電壓對電池充電，充電電流會隨著電池充滿逐漸下降。涓流充電：指以小于0.1C電流對電池充電，一般在電池接近充滿電時，進行補充充電時采用，若電池對充電時間沒有嚴格要求的話，建議采用涓流充電方式充電。浮

充

電：隨時對蓄電池用恒壓充電，使其持一定的荷電狀態(tài)。07充電方式鋰離子電池充放電特性08充、放電深度（SOC、DOD）例如：充、放電深度以百分比率來表示，容量為10Ah的電池放電后容量變?yōu)?Ah,可以稱為80%DOD；容量為10Ah的電池，充電后容量為8Ah，即SOC為80%。如滿充滿放，通常稱為100%SOC/DOD。充、放電深度（SOC、DOD）：電池保有容量數(shù)值的表示方法。荷電狀態(tài)（SOC）：電池放電后剩余容量與相同條件下額定容量的比值。放電深度（DOD）：表示電池放電狀態(tài)的參數(shù)，等于實際放電容量與額定容量的百分比。DOD=100%-SOC深度放電：表示電池50%或更大的容量被釋放的程度。DOD=100%-SOC08充、放電深度（SOC、DOD）電池組電量圖中的電池組SOC還有27%，其電池組的額定容量是75Ah，那么該電組剩余余的容量是20.25Ah。09自放電率（%/月、年）定義：電池在儲存過程中，容量會逐漸下降，其減少的容量的比例，稱為自放電率。用單位時間（月或年）內(nèi)電池容量下降的百分數(shù)來表示。鋰離子電池的自放電率一般為2％～5％/每月。原因：由于電極在電解液中的不穩(wěn)定性，電池的兩個電極發(fā)生了化學反應，活性物質(zhì)被消耗，轉為電能的化學能減少，電池容量下降。影響因素：除了電池本身的材料及制造工藝等因素外，自放電率還受溫度、使用循環(huán)次數(shù)以及SOC等因素的影響，環(huán)境溫度對其影響較大，高溫會加速電池的自放電。產(chǎn)生結果：電池自放電將直接降低電池的容量，自放電率直接影響電池的儲存性能，自放電率越低，儲存性能越好。09自放電率（%/月、年）如上圖，某75Ah的動力電池放置1年后，容量下降了3Ah,自放電率=3/75=4%。10輸出效率

動力電池作為儲能器，充電時電能轉化為化學能儲存起來，放電時電能釋放出來，在可逆的化學反應過程中，有能量消耗。（1）容量效率容量效率是指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之比，影響電池容量效率的主要因素是副反應。當電池充電時，有一部分電量消耗在水的分解上。此外，自放電以及電極活性物質(zhì)的脫落、結塊、孔率收縮等也降低容量輸出。01（2）能量效率能量效率也稱電能效率，是指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比，即影響能量效率的原因是電池存在內(nèi)阻，它使電池充電電壓增加，放電電壓下降。內(nèi)阻的能量損耗以電池發(fā)熱的形式損耗掉。0211循環(huán)壽命（次）定義：指電池容量等性能滿足規(guī)定條件下，所能達到的最大充放電循環(huán)次數(shù)。二次電池經(jīng)歷一次充放電稱為一個周期或一次循環(huán)，電池在反復充放電后，容量會逐漸下降，在一定的放電條件下，電池容量降至80%時，電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就是循環(huán)壽命。影響因素：不正確使用電池、電池材料、電解質(zhì)的組成和濃度、充放電倍率、放電深度（DOD%）、溫度、制造工藝等都對電池的循環(huán)壽命有影響。

定義：電池的記憶效應是指未完全放電的電池，在下一次充電時所能充電的百分比。123原因：電池內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)生結晶，如鎳鎘電池中，Cd不斷聚集成團形成大塊金屬鎘，降低了負極的活性。避免：為了消除電池的記憶效應，在充電之前，必須先完全放電，然后再充電（如鎳氫電池）。鋰離子電池無記憶效應，可隨充隨放。記憶效應1213動力電池其他性能指標1.放電平臺指放電曲線中電壓基本保持水平的部分。放電平臺越高、越長、越平穩(wěn)，電池的放電性能越好。2.電池組的一致性由多個單體電芯串聯(lián)、并聯(lián)在一起就組成了電池組。電池組的整體性能和壽命取決于其中性能較差的一個電芯，這阿就要求電池組中每個電芯性能的一致性要高。除了單體電芯本身性能的誤差和原材料質(zhì)量的好壞，最主要原因是制造工藝，工藝的改進對提高電池的質(zhì)量非常重要。3.化成電池制成后，通過一定的充放電方式將其內(nèi)部正負極活性物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、儲存等綜合性能的過程稱為化成。電池經(jīng)過化成后才能體現(xiàn)其真實的性能。同時化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性，使最終電池組的性能提高。3.2新能源汽車動力電池性能檢測3.2.1企業(yè)電池試驗項目及測試標準01電池試驗的22個名稱

電池試驗的目的是找出電池在各方面性能的最大臨界，給企業(yè)提供選擇應用哪種電池類型，當電池類型選擇完成后，以這種電池為基礎的電池管理系統(tǒng)再進行開發(fā)。

01電池試驗的22個名稱外觀及尺寸常溫放電性能低溫-20℃放電性能高溫55℃放電性能5C循環(huán)性能10C循環(huán)性能15C循環(huán)性能20C循環(huán)性能常溫倍率放電性能過充電性能重物沖擊短路測試熱沖擊測試針刺試驗跌落試驗擠壓試驗常溫荷電保持及恢復能力高溫荷電保持及恢復能力貯存試驗過放電性能耐振動試驗加熱試驗02試驗標準及檢驗步驟檢驗項目標準要求檢驗儀器檢驗步驟1常溫放電性能110E%≥放電容量≥95%E二次檢測柜1、0.5C恒壓充電至4.20V,截止電流0.03C,限時180min2、擱置5min3、0.5C恒流放電至3.0V,限時150min4、擱置10min允許工步1-4循環(huán)5次以下取平均值2低溫-20℃放電性能放電容量≥70%E二次檢測柜/低溫測試柜1、0.2C恒壓充電至4.20V,截止電流0.03C,限時370min2、擱置16-20h3、0.2C恒流放電至3.0V,限時350min35C循環(huán)性能0.5C充5C放50周,要求容量保持力≥95%（必測項）300周循環(huán)容量保持力≥85%(可選項)二次檢測柜1、0.5C恒壓充電至4.20V,截止電流0.03C,限時180min2、擱置15min3、5C恒流放電至2.75V,限時30min4、擱置30min，循環(huán)工步1-44短路測試按標準充滿電后,將正負極用內(nèi)阻小于50mΩ的電線接通，直至電池溫度下降到比峰值至少低10℃時，結束試驗，將正負極斷開，電池應不冒煙、不起火、不爆炸、,電池外部溫度要求≤150℃自制短路設備/二次檢測柜被測試電池測試前按標準充滿電電池試驗的22個名稱12電池試驗的標準和步驟任務小結課后作業(yè)：想一想，三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰電池的試驗項目是否相同，標準是否相同？3.2.2電池試驗中用到的電池術語01電池試驗的常見術語及簡略語1.能量E2.容量C3.工步4.工步循環(huán)5.恒壓充電6.恒流放電7.2C率充電或放電8.二次檢測柜02術語及簡略語的內(nèi)涵常溫放電性能的標準及檢查步驟標準要求：110E%≥放電容量≥95%E檢查步驟：0.5C恒壓充電至4.20V，截止電流0.03C，限時180min擱置5min0.5C恒流放電至3.0V，限時150min擱置10min允許工步1-4循環(huán)5次以下取平均值

E=Energy，能量，單位：kWh例如：稱電壓370V的鋰離子電池，每個單體電池為100Ah容量。能量(E)=UIT=370*100Ah=37kWh即37度電能02術語及簡略語的內(nèi)涵C=Capacity，容量，單位Ah例如：0.5C意思是0.5容量值的電流。若電池為60Ah(安時），0.5C電流為30A（安）。0.5C率充電或放電，即0.5C的電流充電或放電，“率”可認為多余，但同行都這么使用，率有倍率的意思，本質(zhì)還是倍。常溫放電性能的標準及檢查步驟標準要求：110E%≥放電容量≥95%E檢查步驟：0.5C恒壓充電至4.20V，截止電流0.03C，限時180min擱置5min0.5C恒流放電至3.0V，限時150min擱置10min允許工步1-4循環(huán)5次以下取平均值

02術語及簡略語的內(nèi)涵

工步：

可以簡單理解為一個工序的若干步驟，

一個裝配工序中，把裝配零件扣在一起，然后扭螺絲，完成整個裝配工序，在這其中，把裝配零件扣在一起，可以是裝配工序中的一個工步，扭螺絲，又是另外一個工步，兩個工步完成后組成整個裝配工序的完成工作。常溫放電性能的標準及檢查步驟標準要求：110E%≥放電容量≥95%E檢查步驟：0.5C恒壓充電至4.20V，截止電流0.03C，限時180min擱置5min0.5C恒流放電至3.0V，限時150min擱置10min允許工步1-4循環(huán)5次以下取平均值02術語及簡略語的內(nèi)涵常溫放電性能檢查步驟檢查步驟：0.5C恒壓充電至4.20V，截止電流0.03C，限時180min擱置5min0.5C恒流放電至3.0V，限時150min擱置10min

允許工步1-4循環(huán)5次以下取平均值以100Ah電池為例：4.20V恒壓充電：通過充電機給電池施加恒定的4.20V充電電壓，當電流減小到0.03C時充電停止，即電流降到3A認為恒壓充電結束。0.5C恒流放電：以0.5C電流即50A放電，電池電壓降至3.0V。

限時：不得超過的意思。二次檢測柜：又稱二次鋰電池檢測分容柜，可實現(xiàn)上述步驟自動工作的一個設備。電池試驗的常見術語及簡略語1任務小結課后作業(yè)：查找電池試驗中還有哪些術語或簡略語。3.3動力蓄電池的回收梯次利用動力蓄電池回收的意義在動力電池日益劇增的回收需求面前，今年我國兩會首次將“動力電池回收”話題寫入政府工作報告。同時，發(fā)改委等多部門印發(fā)“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的通知，動力電池回收行動是11個重點工程之一。01動力蓄電池回收的意義01

隨著汽車智能化、電動化趨勢的持續(xù)發(fā)展，新能源汽車滲透率將持續(xù)提升。2020年，中國新能源汽車的銷量為136.7萬輛，同比增長3.9%，其中純電動汽車銷量111.6萬輛，插電混合銷量25.1萬輛，國內(nèi)新能源汽車銷量有望在2030年達1500萬輛以上，這期間將帶來大量的動力電池回收梯次利用空間。

動力電池回收體系：梯次利用和再生利用0201020304隨著電動汽車數(shù)量的增加，退役的鋰離子動力電池數(shù)量也大幅增加，退役動力電池的回收利用成為了一個極需解決的難題。如果不對已廢棄的鋰電池進行回收，會對自然環(huán)境造成嚴重影響。而將回收后的鋰電池進行技術提取，很多材料可以得到二次利用。

動力電池的回收主要分為梯次利用和拆解回收再生利用兩個循環(huán)過程，且動力電池的回收循環(huán)從梯次利用開始。梯次利用屬于輕度報廢，主要針對電池容量降低至80%以下，無法應用于新能源汽車上，但電池本身沒有報廢，可以將退役電池，進行回收、篩選、再利用于其他領域，典型應用是儲能領域，如風光儲能、削峰填谷、備用電源、家庭電能調(diào)節(jié)等進行梯次利用可以緩解回收壓力、降低環(huán)境污染、提升經(jīng)濟效益，并對可再生能源的發(fā)展起到幫助作用。再生利用屬于重度報廢，一般電池容量已損耗嚴重，無法繼續(xù)使用，只能通過化學方式提煉電池中鎳、鈷、鋰等貴金屬達到再造目的。1.概念及功能

022.動力電池梯次利用區(qū)段

動力電池回收體系：梯次利用和再生利用023.退役電池處理方式動力電池回收體系：梯次利用和再生利用03動力電池梯次利用主要應用領域容量低于20%的動力鋰電池將直接送往具備相關資質(zhì)的企業(yè)進行拆解回收。