FreedomCAR功率辅助型电池测试手册

DOE/ID-11069DOE/ID-11069DOE/ID-11069DOE/ID-11069FreedomCARFreedomCARFreedomCARFreedomCARBatteryBatteryBatteryBatteryTestTestTestTestManualManualManualManualForForForForPower-Power-Power-Power-AssistAssistAssistAssistHybridHybridHybridHybridElectricElectricElectricElectricVehiclesVehiclesVehiclesVehiclesPublishedPublishedPublishedPublishedOctoberOctoberOctoberOctober2003200320032003FreedomCARFreedomCARFreedomCARFreedomCAR功率辅助型混合电动车电池测试手册PreparedPreparedPreparedPreparedforforforforthethethetheU.S.U.S.U.S.U.S.DepartmentDepartmentDepartmentDepartmentofofofofEnergyEnergyEnergyEnergyAssistantAssistantAssistantAssistantSecretarySecretarySecretarySecretaryforforforforEnergyEnergyEnergyEnergyEfficiencyEfficiencyEfficiencyEfficiencyandandandandRenewableRenewableRenewableRenewableEnergyEnergyEnergyEnergy(EE)(EE)(EE)(EE)IdahoIdahoIdahoIdahoOperationsOperationsOperationsOperationsOfficeOfficeOfficeOfficeContractContractContractContractDE-AC07-99ID13727DE-AC07-99ID13727DE-AC07-99ID13727DE-AC07-99ID13727功率辅助型混合电动车电池测试手册2前言本手册是由FreedomCAR规划电化学能量贮存团队（FreedomCARProgramElectrochemicalEnergyStorageTeam）制定的。它是根据为FreedomCAR建立的能量贮存发展目标制定的，与早期的PNGV团队制定的手册相似（有一些大的改变）。在此确定的方法首先是针对FreedomCAR需求的能量贮存装置的性能来进行检测。但是，总体上这些方法对确定混合能量贮存装置的行为特性是有用的。期望将来可以对这些方法进行改进。本手册的第一次版本只要是确定全尺寸能量贮存装置的测试方法，以及对单体电池、模块或其他内部装置的标定。可以通过e-mail将意见和疑问直接与本手册作者进行探讨：GaryHunt,attheINEEL,[e-mail][e-mail].功率辅助型混合电动车电池测试手册3目录前言缩略语术语1.目的和适用性1.1功率辅助混合电动车FreedomCAR能量贮存目标2.源自FreedomCAR目标的测试制度3.测试方法3.1总体测试条件和标定3.1.1温度控制3.1.2性能和循环寿命测试制度的标定3.2静态容量测试3.3混合脉冲功率性能测试3.3.1混合脉冲功率特性制度3.3.2测试方法详述3.3.3特定的HPPC确认测试3.4自放电测试3.5冷启动测试3.5.1冷启动测试制度3.6热性能测试3.7能量效率测试3.7.1最低功率辅助(25Wh)效率测试制度3.7.2最高功率辅助(50Wh)效率测试制度3.8运行设置点稳定性测试3.8.1运行设置点的调整3.8.2在OSPS测试中充电状态的控制3.9循环寿命测试3.9.1循环寿命测试方法大纲3.9.2混合寿命测试制度3.10日历寿命测试3.10.1日历寿命测试计划功率辅助型混合电动车电池测试手册43.10.2日历寿命测试程序3.10.3日历寿命测试制度3.10.4可供选择的日历寿命测试3.11参考性能测试3.12阻抗图谱测试3.13模块控制检验测试（模块水平测试）3.14热管理负荷（系统级测试）3.15结合寿命验证的系统水平测试4.测试结果的分析和报告4.1概要4.2静态容量测试4.2.1容量衰减4.3混合脉冲功率性能测试4.3.1开路电压4.3.2计算作为放电深度函数的阻抗特性曲线4.3.3脉冲功率能力4.3.4有效能量4.3.5有效功率4.3.6功率和能量衰减4.3.7最小和最大DOD值4.3.8脉冲功率性能制度电压响应4.3.9其他实验室单体性能测试特性4.3.10在生产商没有提供时确定电池组的尺寸因子4.4自放电测试4.5冷启动测试4.6热性能测试4.7能量效率测试4.8运行设置点稳定性测试4.9循环寿命测试4.10日历寿命测试4.11参考性能测试4.12模块控制校验测试功率辅助型混合电动车电池测试手册54.13系统级测试5.参考文献附录A—FreedomCAR测试总体测试计划纲要附录B—FreedomCAR测试最低测试报告附录C—寿命测试的SOC控制附录D—HPPC数据分析方法附录E—有效能量的计算附录F—评价热管理能量消耗的方法附录G—日历寿命测试模拟和分析工具功率辅助型混合电动车电池测试手册6图Figure1.混合脉冲功率特性制度Figure2.混合脉冲功率特性测试(测试开始顺序)Figure3.混合脉冲功率特性测试(完整HPPC程序)Figure4.冷启动测试制度Figure5.最低功率(25Wh)辅助效率和基准循环寿命测试制度Figure6.最高功率(50Wh)辅助效率和基准循环寿命测试制度Figure7.最低功率(25Wh)辅助循环寿命测试制度Figure8.最高功率(50Wh)辅助循环寿命测试制度Figure9.日历寿命测试制度Figure10.阻抗计算时间点Figure11.开路电压和脉冲阻抗~放电深度Figure12.脉冲功率能力~放电深度Figure13.1C放电下能量和DOD之间的关系Figure14.未标定HPPC电池功率能力~C/1放出能量Figure15.HPPC功率~C/1电池尺寸因子标定能量Figure16.有效能量Figure17.寿命期内有效能量和有效功率边界Figure18.可用能量~功率曲线Figure19.符合FreedomCAR目标的最小和最大DOD值Figure20.用装置-水平结果找出电池尺寸因子Figure21.冷启动测试阻抗计算点功率辅助型混合电动车电池测试手册7表Table1.功率辅助型HEVFreedomCAR能量贮存系统性能目标(2002年)Table2.混合脉冲功率特性测试制度Table3.针对最低和最高功率辅助目标的冷启动测试制度Table4.最低功率(25Wh)辅助效率和基准循环寿命测试制度Table5.最高功率(50Wh)辅助效率和基准循环寿命测试制度Table6.最低功率(25Wh)辅助循环寿命测试制度Table7.最高功率(50Wh)辅助循环寿命测试制度Table8.日历寿命测试制度Table9.寿命测试期间的参考性能测试和测试时间间隔功率辅助型混合电动车电池测试手册8缩略语ac交流电Ah安时ASI比表面电阻BOL寿命开始BSF电池尺寸因子DOD放电深度EMI电磁干扰EOL寿命终止EV电动车HEV混合电动车HPPC混合脉冲功率性能INEELIdaho国家工程和环境实验室OCV开路电压OSPS运行设置点稳定性PNGV新一代车辆组织SOC充电状态USABC美国先进电池联合会功率辅助型混合电动车电池测试手册9术语aaaa有效能量AvailableEnergy–满足给定模型（最低和最高功率辅助）的FreedomCAR放电和反馈脉冲功率目标的，在整个DOD范围内可以提供的放电能量。这个能量用C1/l恒流放电来测量，用本手册中确定的方法计算限定功率条件。有效功率AvailablePower–对于给定模型（最低和最高功率辅助）可用能量等于有效能量目标的放电脉冲功率。电池尺寸因子BatterySizeFactor(BSF)–对于特定的电池或模组设计，是一个单体或模组能够满足所有FreedomCAR性能和寿命目标的最小的整数。如果这个值在测试之前不能被确定，电池尺寸因子就选择为在寿命开始阶段能够满足超过FreedomCAR能量目标30％的单体或模组的最小数量。对于每一种模式，分别确定电池尺寸因子。电池参数（性能）估算器BatteryParameterEstimator(BPEb)–是一个使用线性回归技术来分析HPPC测试原始数据从而估算组成电池参数模型五部分的组成值。寿命开始BeginningofLife(BOL)–寿命测试开始点。在此点的电池性能和其最初的性能之间在本手册中有所区别，因为在寿命开始前早期的一些测试中电池的性能可能会发生衰减。寿命测试的影响分析的根据是BOL性能的变化。1C倍率C1/1Rate–对应于生产商1h倍率容量的电流。例如，如果一只电池容量为10Ah，C1/1就为10A。充电Charge–是一个能量补充到装置而不是移出装置的状态。充电包括再充电和反馈充电等。循环寿命效率模型CycleLifeEfficiencyModel(CLEM)–是一个分析工具，它使用BPE测试结果和系统需求来估算联系脉冲充电制度下的效率，工作电压和其它参数。放电深度DepthofDischarge(DOD)–是装置额定容量的一个百分数，它表示通过放电从满充电状态下移出装置的电量，通常以C1/1倍率的恒流放电做参考。装置Device–根据给定情况，装置可以是一个单体电池，一个模组，一个子模块或一个电池模块。通常情况下测试的对象都用术语“装置”来表示，除非测试方法中装置类型比较特殊，需要进行特别说明。寿命结束EndofLife(EOL)–是一种测试过程中装置不再具有满足FreedomCAR目标能力的状态。它通常从根据电池尺寸因子标定的HPPC测试结果决定，并且它可能不与循环寿命测试的寿命能力完全吻合（特别是在高温条件下进行循环寿命测试时可能更不相吻合）。在寿命结束a仅选择那些本手册特殊的词语并可能产生误解的词语进行定义。更全面的相关电池的术语参考USABC电动车电池测试手册，Reference[1].b带下划线的术语详细解释见附录D，在本手册的其它位置可能不会出现。功率辅助型混合电动车电池测试手册10时所执行的测试制度的次数不等于FreedomCAR目标的循环寿命次数。测试结束EndofTest–是一种寿命测试停止的状态，不论这种测试停止是由于已经达到测试计划中规定的判别标准还是由于测试不能继续进行而引起。能量富余EnergyMargin–对于给定的HPPC测试数据集合，能量富余表示装置有效能量与给定应用的能量目标之间的差异，通常能量富余用能量目标的百分数表示。扩展的简化模式ExtendedSimplifiedModel(ESM)–是一个分析工具，它使用HPPC单体数据来估计满足FreedomCAR能量目标所需单体电池的容量和单体电池的数量。满充电FullyCharged－是一种装置执行厂商推荐的充电方法而达到的一种荷电状态，这种状态即满充电定义为100％充电态（SOC）或0％放电深度（DOD）。混合脉冲功率性能测试HybridPulsePowerCharacterization(HPPC)Test－是一种测试方法，它的结果被用于计算在FreedomCAR运行条件下的脉冲功率和能量。最大倍率电流MaximumRatedCurrent(Imax)－在一些DOD下连续放电10s，厂商允许的最大放电电流。(此值不必要在所