动力电池HPPC功率性能测试

一、功率性能测试

HPPC的特性分析是整车控制策略基础，其测试目的之一也是根据放电、搁置、脉冲充放电的电压特性曲线，得出阻抗R与荷电状态SOC的函数关系。

测试20Ah电动汽车用高功率磷酸铁锂电池，用HPPC测试脉冲功率能力，每10%DOD为间隔，Ireg/Idis=0.75的电流比例对电池进行10s交替充电或放电，低电流脉冲电压曲线如图1(a)所示，并计算功率能力和极化电阻率ASI(ASI=△U/△I×活性电极面积)，经实验数据分析，图1(b)表示电池放电至80%DOD时ASI才显著增大，表明电池有良好的脉冲功率能力，结合图1(c)可以得出电池10%～70%DOD范围内显示了电池优良的脉冲充放电能力，从而判断出该电池满足EV车使用需要。

图1 低电流脉冲电压性能曲线(a)、不同DOD状态下脉冲ASI曲线(b)、不同DOD状态下的比功率曲线(c)

刘莎等对自制17Ah高功率锂离子动力电池的脉冲功率特性进行了研究[1]，采用国内某城市简化工况和HPPC充放电脉冲方法，考察50%SOC下的电池循环过程中的脉冲功率及能效，循环过程中的功率衰减规律结果如图2，随循环次数增多，容量功率呈下降趋势，初期衰减较后期明显，容量功率衰减原因主要为内阻变化，而内阻增加的反应机理可能有所不同。

图2 循环中放电和充电功率及功率保持率

李方等[2]研究HEV用镍氢电池输出功率的测试方法，比较了HPPC多段脉冲放电和恒功率测试方法，电池峰值输出功率与通过恒功率放电方法结果比较一致，但是恒功率放电对测试设备要求更高，且对放电电流限制大，对电池会造成损伤。

赵淑红等[3]比较了日本JEVS和美国FreedomCAR项目中的HPPC测试方法，因内阻计算方式不一，所得功率密度差异较大，JEVS中的方法可避免单一电流造成的结果偏差，却忽略了高倍率充放电功率能量变化，JEVS的典型测试程序如图3。HPPC方法兼顾了中低倍率及高倍率电流的电压特性，但用一个电流测试功率能力也会出现单一电流造成偏差的问题。

图3 JEVS典型测试程序

二、 验证模型计算方法

通过HPPC循环对电池故障诊断算法进行验证：Md[4]等采用高储能的钴酸锂为正极材料，电池电化学模型参数可在严重或滥用的情况下发生变化，故建立了四种模型：正常充放电电池模型、过放电循环模型、24h过放循环模型和过充循环模型。所述电

池故障条件会导致许多电化学电池模型参数与标称值的显著差异，可视为单独的模型。错误输出基于部分不同偏微分代数方程(PDAD)监测被用于多模型中，来监测电池持续故障情况。将残差应用到多模型自适应估算法中，以检测电池的持续故障情况。

HPPC循环模拟负载工步分析表明该算法能够利用测量的输入电流和终端输出电压准确的检测和识别所述故障状态，计算与实际HPPC测试对比如图4。采用真实HPPC循环模拟负载电流工步提供了强大的错误诊断基础，每个模型与算法高度匹配，即可产生可靠的条件控制方法。另外，提出的诊断方法能够提高锂离子电池BMS管理系统对故障诊断的精确性。

图4 电池模型与HPPC实际测试对比

三、获得建模参数

HPPC方法可用于评估可用功率过程中设计的电压阈值。在锂电池的SOC估算模型与参数辨识研究中[5]，对模型进行分析并选择Thevenin模型为最优SOC估算模型，以HPPC实验为基础并获得模型参数：欧姆内阻R0、时间常数τ、极化电阻Rp和极化电容Cp，采用Matlab处理得到各个参数与SOC离散关系，结果证明模型符合锂电池内阻特性，可正常反应电池内部极化现象，并验证了模型参数计算的准确性。

姚建光等[6]在基于铅酸电池建模技术研究中，通过HPPC测试数据也可得到建模的各项参数，比较仿真与实际效果如图5所示，采用仿真和试验方式验证方法的可行性，结论得出所建模型可体现电池特性。

图5 电池端电压仿真结果

四、 提取电池内部特性

Chao W[7]等通过对混合动力汽车用锂离子电池提出了合成诊断方法，测试由：滥用循环、低倍率测试、HPPC测试和联邦城市驾驶工况测试4个流程组成。建立了三种锂离子电池应用中的典型模型：过放、过充、低温测试，从联邦城市驾驶工况(FUDS)模拟测试及HPPC测试中提取动静态条件下电池内部特性信息并提出了电池诊断方法，阐明电池错误的发生内部机理和物理意义。电池的真实参数如电压、电流及温度换算成内阻及SOC后可暗示电池某些降解反应及潜在的问题。

HPPC测试内阻结果中欧姆内阻和极化内阻的评估包含有价值的电池内部机理信息：过放和低温有相似性，说明这两种模型有相似的机理，不过曲线的微小区别可用于区分差错。如图6，通过对三种模型中的串联和并联内阻比较分析得出：SEI膜在过充中的分解和再生对电池内部性能具有最大的影响。

图6 HPPC测试中串联(a)和并联(b)内阻参数

审核编辑 ：李倩