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光谱分析法测量高压电池系统SoH的方法

光谱分析法测量高压电池系统SoH的方法 卡适堡
2021-08-20
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导读:应用高压电池系统通常进行如下测试:在研发试验阶段生产结束时(生产线结束测试)作为服务和维护的一部分运行主要用



应用

高压电池系统通常进行如下测试:

  • 在研发试验阶段

  • 生产结束时(生产线结束测试)

  • 作为服务和维护的一部分运行

  • 主要用于测定第二寿命后


在研发和生产中,目标是确定电池系统的质量,通常用能量E=QxU)和功率P=U2/Ri)表示。在服务、维护和分析中,任务是确定健康状态(SoH、剩余容量、老化)。

本文着重介绍了用光谱分析法测量SoH的方法。


SoH测量方法

aBMS合作

所有电池系统都由电池管理系统(BMS)控制。它不断地测量电压和电流以获得电荷状态。他们中的许多人还结合模型和算法分析这些数据,以估计老化行为(SoH)。


b通过光谱测量

直接的方法是通过光谱测量来确定剩余容量。遇到以下情况,光谱测量就是主要解决方案:

  • 如果要检查BMS算法是否正常工作。

  • 如果电池组装结束时还没有BMS

  • 如果无法访问BMS数据,例如用于第二寿命分析。


SoH的光谱测量

单体电池老化的分析揭示了参数的典型变化,如以下奈奎斯特图(1kHz.0,1Hz)所示:

老化系数定义为旧电池的阻抗除以新电池的阻抗。所有阻抗值都会增加,包括欧姆部分(x轴)和电容部分(y轴)。

老化影响所有频率,但在低频(<1Hz)时更为明显,如表中所示:它显示了某些测量值和计算模型参数(Rs=串联电阻,Cp=并联电容,Aw=Warburg)的增加(老化)系数阻抗)。虽然有典型的光谱行为变化,但具体的性能取决于电池的结构和技术。



电池系统的细节

电池系统由许多电池(几百个大电池或几千个圆柱形电池)串联而成,以获得更高的电压。它们通过母线(大部分是焊接的)互连,由电力电子设备保护,并由电池管理系统(BMS)控制,互连(金属条、焊接)和电力电子设备(继电器、功率晶体管)产生额外的电阻,BMS的电荷平衡功能会产生周期性的充电效应。

这有两个后果:

  • 额外的恒定欧姆电阻掩盖了所有电阻参数电化学老化的增加。这个问题可以通过使用电容参数作为老化的测量来解决,也可以通过使用欧姆参数的差异(例如R0.1HzR1kHz)来解决。

  • 永久电荷平衡会对测量过程产生干扰。以下50个汽车电池的电池系统的奈奎斯特图表说明了这种影响:


一个明显的解决办法是将测量电流增加到干扰效应。然而,这需要一个昂贵和庞大的电流源(在800V存储系统上进行的测量需要10Ass测量电流以克服电荷平衡效应;i.e.a  需要几千瓦的电流源)。一个更简单的解决办法是禁用BMS(至少是电荷平衡功能);如果可能的话,应该选择这种方法。



实现

a操作条件

健康状态是一种相对的度量,它将电池的实际状态与初始状态进行比较,因此,第一步是确定新电池系统的性能作为参考。由于蓄电池参数取决于温度和充电状态,因此此测量应在与实际系统的后续测量相同(估计)的条件下进行。


b测量参数

根据参考系统的(光谱)分析,选择一个或多个相关参数,例如,高频和低频(R0,1Hz-R1kHz)下的电阻差。优选参数显示出高老化因子和对SoC和温度的低依赖性。


c老化因子

理想情况下,测量具有已知(剩余)容量(因此为SoH)的旧电池系统,并将其与新系统的值进行比较;该比率产生该SoH值的老化因子。在第一近似中,线性外推可用于其他值。

或者,如果没有使用过的电池系统,可以在单个电池上确定可用老化系数。


d测量条件

只有当电池系统处于静止状态时,才能获得稳定的光谱测量值。至少½ 测量前应留出1小时的放松时间。如前所述,请确保BMS的平衡功能已禁用。


e测量仪器

BIM-HV测量电池的光谱阻抗系统高达900V,频率范围为1Hz1kHz

它用4个插头连接到电池的电源连接器上,可以有效的避免磁通量造成的影响。


关于卡适堡

“CARXPERT卡适堡”是保隆科技汽车后市场产品和服务的知名品牌。卡适堡公司是保隆科技(股票代码:603197)全资子公司,是汽车维修与养护解决方案专业供应商。围绕汽车售后市场的需求持续创新,与合作伙伴互利共赢,在胎压监测系统、气门嘴、平衡块、精品、汽车维修设备、工具、工业品耗材等汽车后市场领域提供全方位的配套解决方案。


关于BRS

BRS Messtechnik GmbH成立于2011年德国斯图加特,是一家专门从事动力电池检测的创新型技术型公司,其领先的电池测量技术已被:奥迪、庞巴迪、现代、BOSCH、曼、Continental等等数十家知名企业所应用。

BRS作为专业电池检测系统,可以为用户进行:标准电池测试(电压、内阻和容量)、电池分析(比较、趋势、建模),诊断(加载条件、老化条件、完整性),环境条件(电流、温度)的测定。以及对动力电池的测试比较与统计测验的发展趋势,在生产过程中,可以用于电池的质量控制在线分析测试,还可以用于监测动力电池老龄化趋势的诊断。

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【卡适堡】A 股上市公司保隆科技(603197)旗下全资子公司,深耕汽车后市场近 30 年。专注底盘安全系统(胎压监测 / 空悬等)、传感器、专业维保设备工具、轮胎配件全系列产品,为后市场客户提供可靠汽配配套与服务。
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