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。
a) 与BMS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。
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。
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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R0.1Hz–R1kHz)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。
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1Hz至1kHz。
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。



