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1、INEEL/EXT-04-01986Advanced Technology Development ProgramFor Lithium-Ion BatteriesBattery Technology Life VerificationTest ManualFebruary 2005Idaho National LaboratoryIdaho Falls, ID 83415Operated by Battelle Energy Alliance, LLCFreedomCAR & VehicleTechnologies ProgramINEEL/EXT-04-01986先进技术发展计划 Lith
2、ium-Ion 电池电池寿命验证测试手册 Harold Haskins (USABC)Vince Battaglia (LBNL)Jon Christophersen (INEEL)Ira Bloom (ANL)Gary Hunt (INEEL)Ed Thomas (SNL)February 2005Idaho National LaboratoryTransportation Technology DepartmentIdaho Falls, Idaho 83415Prepared for theU.S. Department of EnergyAssistant Secretary for
3、 Energy Efficiencyand Renewable EnergyUnder DOE Idaho Operations OfficeContract DE-AC07-99ID13727 目 录寿命测试条款的术语 缩略语 1.前言 1.1 FreedomCAR电池寿命目标1.2 电池技术寿命验证目标 1.3 电池寿命测试矩阵设计方法1.4 参考性能测试方法1.5 寿命测试数据分析方法1.6 手册的组织2. 寿命测试实验要求 2.1 技术特性要求2.2核心寿命测试矩阵设计要求2.3 核心寿命测试矩阵设计和验证2.3.1初始设计阶段2.3.2 最终设计阶段2.3.3 最终验证阶段2.4 追
4、加寿命测试矩阵设计要求2.4.1 独立评价路线的实验计划 2.4.2 评价冷启动工作的实验计划 2.4.3 评价低温工作的实验计划 3. 寿命测试方法3.1 初始特性测试3.1.1一般测试条件和标定3.1.2所有电池的最低特性3.1.3 选择电池的附加特性3.1.4 BOL 参考测试 3.2 核心寿命测试矩阵 3.2.1 搁置寿命测试(日历寿命) 3.2.2 循环（工作）寿命测试 3.2.3 参考性能测试和测试结束标准 3.3 追加寿命测试 3.3.1 联合日历和循环寿命测试 3.3.2冷启动功率验证测试 3.3.3 低温工作测试 4.数据分析和报告 4.1 初始性能测试结果 4.1.1开路电
5、压SOC的确定 4.1.2 容量验证 4.1.3 确定ASI的温度系数 (选择电池) 4.1.4 脉冲功率验证 (MPPC) 4.1.5 脉冲功率验证 (HPPC) 4.1.6 电池的等级分类 4.1.7 自放电速度特性 4.1.8 冷启动功率验证 4.1.9 AC EIS 特性 4.1.10 ASI 噪音特性 4.2 核心矩阵寿命测试结果 4.2.1对测试的寿命评估 4.2.2 日历寿命评估 4.2.3循环因素的影响 4.2.4 服务寿命评估 4.3 追加寿命测试结果 4.3.1假设检验测试 4.3.2 联合日历/循环寿命测试 4.3.3 冷启动验证测试 4.3.4 低温工作测试 5. 参考
6、文献. 附录A寿命测试模拟程序 附录B寿命测试数据建模方法 附录C高功率Li-Ion电池寿命限制机理 附录D模拟工具的应用 附录 E测试度量要求 图图2.1-1. ASI 实例 图2.3-1. 寿命测试矩阵范例的结果 (估计（1 std dev）测试的实际寿命) 图4.2-1.在日历寿命测试条件下和寿命测试的正常分布的结果的比较 图4.3-1. 结合循环/日历和日历/循环测试条件预期ASI历史 表2.1-1. 最低寿命测试实验范例的测试条件 2.1-2. 从新的和旧的电池的短期测试得到的假设结果 2.1-3. 评价最低寿命测试实验范例的加速因素 2.2-1. 加速电池寿命测试的基本影响因素和建
7、议的因素水平 2.2-2. 推荐日历寿命矩阵设计 2.2-3. 循环寿命矩阵设计 (设计1) 2.2-4. 循环寿命矩阵设计 (设计2)2.3-1. 对最低寿命测试实验范例检测的期望寿命 2.3-2.对最低寿命测试实验范例的电池的初步分配 2.3-3. 最低寿命测试实验范例模拟结果 3.2-1. 寿命测试的参考性能测试间隔 4.2-1. 模拟实验结果：估计与实际比较 4.2-2. 范例矩阵日历寿命评价的数据和结果 4.2-3. 范例矩阵循环寿命加速因素评价的数据和结果 寿命测试条款的术语加速因子Acceleration Factor 测试的日历寿命和寿命的比。 比表面电阻Area-Specif
8、ic Impedance (ASI) 与装置电极面积相关的装置的阻抗，通过改变电池的电流，由电池的电压变化（V）除以电流变化（A）和电池的活性表面积定义， ohm-cm2。有效容量Available Capacity 在两个荷电态条件下，指定在SOCMAX和SOCMIN 之间装置的容量（Ah），在SOCMAX 处的HPPC脉冲制度性能检测后以1C恒流放电进行测试。 寿命开始Beginning of Life (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。C倍率
9、C-rate 对于参考放电（静态容量），用装置的倍率容量（Ah）的倍数表示的电流大小（放电或充电）。例如，在此参考条件下，对一容量为1Ah的装置来说，5A电流的倍率是5A/1Ah或5C hr-1。1C率C1/1 Rate 相应于一全充电装置在1h内达到完全放电的倍率。另外，此倍率相当于生产商1h恒流放电的倍率容量。例如，如果电池的1h倍率容量是1Ah，那么1C恒流放电电流是1A。1C率是对功率辅助应用的参考放电倍率；其他的应用可能有不同的参考倍率。 日历寿命Calendar Life (LCAL) 在参考温度30C开路条件（相当于车辆的关断/备用条件）下达到寿命结束所需要的时间。 放电深度De
10、pth of Discharge 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放出的容量，通常以C1/1倍率的恒流放电做参考，使用的容量在测试开始时确定。寿命结束End of Life (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RPT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End of Test (EOT) 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
11、的判别标准还是由于测试不能继续进行而引起。混合脉冲功率特性Hybrid Pulse Power Characterization (HPPC) 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。服务寿命Life in service 在车辆正常使用的条件下(30C 和指定循环条件)达到寿命终止所需要的时间。 测试寿命Life on test (LTEST) 对加速寿命测试在指定的测试条件下达到寿命终止所需要的时间。 最低脉冲功率特性Minimum Pulse Power Characterization (MPPC) HPPC测试的一个缩短时间的版本，周期性地
12、进行以确定整个时间范围内性能的衰减。 SOCMAX and SOCMIN 两个荷电状态的条件，被选择对给定的寿命测试计划作为参考条件。它们可以代表给定应用的完整的工作范围，尽管出于参考测试的目的，它们一般被在寿命测试矩阵中用的SOC值的范围限制。SOCMAX和 SOCMIN 可以用装置在稳态条件下的相应的开路电压来表示（见稳态SOC条件和稳态电压条件）。SOCMAX 可以选择低于或等于装置的最大允许电压值，SOCMIN 可以选择为低于SOCMAX 、大于或等于最低允许工作电压值，单位为%。 稳定SOC条件Stable SOC (state of charge) Condition 对于处于热平
13、衡的装置，当电流下降低于其原始值或限制值的1%时，在控制电压条件下认为SOC达到一稳定值，平均至少要5min。（例如，如果装置以1C放电然后控制在一个终止电压，当电流下降到0.01C或更低时，认为SOC是稳定的。） 稳定电压条件Stable Voltage Condition 对于处于热平衡的装置，当测试至少为30min时，如果开路电压的变化低于每小时1%的速度，认为OCV是稳定的。（注意，通过设置一OCV休息间隔（如1h），也可以达到稳定电压条件，休息间隔必须足够长以确保在感兴趣的SOC和温度条件下达到电压平衡。对于测试者来说这比变化速度的标准更要简单。但是，它会导致更长时间的测试和更长时间
14、的休息，如果在进行测试的温度下装置有较高的自放电，这将是不期望的。） 荷电状态State of Charge (SOC) 以实际容量百分数表示的电池的有效容量。一般以1C恒流放电为参考。对于本手册，也可以根据与容量相关的电压曲线测量寿命开始时的稳定电压来得到。如果倍率容量等于实际容量，SOC = (100 DOD)。健康度State-of-health (SOH) 在EOL之前允许性能衰降的百分数 (寿命开始时SOH = 100% ，结束时为0%)。 加速因子Stress factors 施加于电池的外部条件，可以加快电池性能的衰减速度。 缩 略 语AF 加速因子ASI 比表面阻抗ATD 先进技术发展 (计划)BOL 寿命开始BSF 电池尺寸因子CLT 日历寿命测试DOD 放电深度EIS 电化学阻抗图谱EOL 寿命结束EOT 测试结束HEV 混合电动车HPPC 混合脉冲功率特性 (测试)MCS Monte Carlo 模拟MPPC 最低脉冲功率特性(测试)OCV 开路电压OEM 原始装备制造厂ROR robust 正交回归RPT 参考性能测试SOC 充电状态TLVT 技术寿命验证测试电池技术寿命验证测试手册1. 前言本手册用于指导电池开发者将他们针对
