锂离子动力电池单体日历寿命试验方法解析

锂离子动力电池单体日历寿命试验方法解析中国汽车工程学会《T/CSAE118-2019锂离子动力电池单体日历寿命试验方法》于2019年10月正式发布。该标准由电动汽车产业技术创新战略联盟组织和支持，由中国汽车技术研究中心有限公司牵头研究和编制，三星环新（西安）动力电池有限公司、上海蔚来汽车有限公司、微宏动力系统（湖州）有限公司、浙江谷神能源科技股份有限公司、比亚迪股份有限公司、中航锂电（洛阳）有限公司、天津力神电池股份有限公司、天津大学等单位参与研究与编制工作。该项标准的发布，填补了动力电池日历寿命相关标准的空白，将为规范动力电池行业发展提供有力支撑。消费者对电动汽车的关注点主要集中在使用便捷性、安全性和经济性等方面。动力电池作为电动汽车最核心的零部件，其性能将直接决定整车的使用性能，整车的各项性能要求其实也是对动力电池的性能要求（如图1所示）。整车要具有良好的经济性，就需要动力电池具备低成本和长寿命的要求（其中寿命包括循环寿命和日历寿命）。图1整车要求与动力电池要求的对应关系纵观目前国内由国标、行标和团标等组成的动力电池标准体系，其目的是满足电动汽车行业对于整个动力电池产业链的需求，包括各层级产品的研发、制造、集成、测试评价、梯次利用及回收等（如图2所示）。图2动力电池标准体系的布局目前，国内已经形成了比较系统的动力电池标准体系。在动力电池寿命测试验证领域，仅有国标《GB/T31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》对循环寿命进行了规定，但是针对日历寿命的相关标准还处于空白状态。在动力电池日历寿命方面，国外某些科研机构发布了涉及锂离子动力电池日历寿命测试方法的测试手册，包括《FreedomCARBatteryTestManualforPower-AssistHybridElectricVehicles》和《USABCElectricVehicleBatteryTestProceduresManual》等。本标准T/CSAE118-2019的制定为动力电池日历寿命测试提供一种规范的方法，即通过制定严格的测试流程和规范的测试内容，依赖试验验证和数学拟合等手段，实现对电动汽车用锂离子动力电池日历寿命的加速预测和评价。标准的主体部分包括了7项内容：充电方法、SOC-OCV测试、SOC调整、目标温度点、不同温度存储等5项共性测试方法，以及分别针对纯电动汽车应用和混合动力汽车应用给出的具体测试流程、状态参数方法及寿命终止测试条件等。标准中给出的动力电池日历寿命的测试流程如图3所示，主要包括：a)测定动力电池样品的初始状态参数；b)在室温下调整动力电池SOC状态至目标状态；c)将样品进行不同温度下的存储（通过在高温下存储实现日历寿命的加速测试），存储过程中定期测试样品的开路电压，确定样品的SOC状态，如果SOC低于目标值（判断标准为低于目标值的5%），需要调整SOC，然后继续存储；d)完成n小时存储后，调节温度至室温，搁置一定时间直至达到热平衡，测定样品的状态参数；e)重复步骤c）和步骤d），直至样品达到规定的日历寿命终止条件。下面重点针对其中的要点进行介绍。图3动力电池日历寿命测试流程图测试样品在搁置时的SOC状态是影响电池日历寿命的重要因素。不同的应用场景，对于混合动力汽车用动力电池，目标SOC建议选择80%、65%、50%、35、20%；对于纯电动汽车用动力电池，目标SOC建议选择90%、70%、50%、35%、20%。对于进行日历寿命测试的目标温度点，标准中建议选取3个及以上的目标温度点，例如选取25℃和测试样品最高使用温度（建议不高于55℃）作为温度区间上下限，每隔10℃或5℃，设定一个目标温度点。从前文可知，当样品以一定的SOC搁置在温度环境中时，需要每隔一定时间（假设该值为x）检查电池的OCV，并且在搁置时间n达到一定时长后测定电池的状态参数。其中x和n值越小，得到的测试数据越全面，测试结果越精确，但会导致测试工作量越大，因此需要根据经验在数据质量和测试工作量之间取得平衡。对于这一点，标准中对于x值，建议首月每周检查2次OCV，第二个月每周检查1次OCV，之后每两周检查1次OCV；对于n值，建议可以选择168、240、336、672、720（建议前3个月选择168hr，后面时间间隔逐渐增大），且需保证生命周期内所进行的状态参数测量不少于m次，其中m的参考值为5~10。对于状态参数，标准中分别针对纯电动汽车和混合动力汽车应用给出了不同的状态参数，包括电池自由状态尺寸、放电容量、直流内阻和峰值功率等。其中对于电池自由状态尺寸，建议分别测试四角（距离电池边缘垂直距离1厘米）的厚度以及电池中心的位置厚度，并记录。另外为避免拆装夹具给日历寿命测试带来负面影响，存储过程中不再进行电池自由状态尺寸测试。其余状态参数也分别给出了具体的测试方法和工况等。整体上，本标准针对目前动力电池行业较为通用的日历寿命测试，主要从测试的一般流程和测试细节等方面进行了梳理。随着对电池老化问题理解的不断加深，仍需要基于标准主体，不断进行动力电池日历寿命测试方法的实践与创新。此外，电池寿命的测试目前对于行业而言仍属于难度较大的技术问题，例如基于整车实际运行工况的电池循环寿命加速测试，以及循环寿命和日历寿命的耦合测试等，需要行业共同研究，持续推动动力电池寿命测试相关标准的完善和提升！