【科达利？高工洞见】CATL/恒大新能源电池容量测试追踪

摘要

程控电源电流测控精度和可靠性越高，电池充放电精度越高，容量越准确。电池温度一致性越好，容量偏差越小。

电池容量是电池健康状态最重要的参数，直接影响新能源汽车的满电续航里程、电池质保、梯次利用和材料回收。

目前，容量测试主要是采用恒流或恒流恒压的充电模式，先充电至充电截止电压，再放电至放电截止电压。

在放电过程中进行测试，由于数据有误差，往往需要3次以上，让电池性能趋于稳定。

充放电测试，耗时长，能耗大，需要极大人力，物力成本，同时对测控精度要求高。

因此有用模型预测替代充放电测试，虽然能节省成本，但精度有限。据高工锂电了解，模型预测不准因主要有两个。

图1分容测试

第一，动力电池除18650等圆柱型的生产机械自动化程度高以外，其余型号受人工干预环节较多、一致性较差、工艺相对不够稳定；第二，模型不精确，需要增加参考因素，比如多曲线、脉冲充放电曲线、平台、效率、时间等。

另外对容量测试来说，难度主要是三个方面，包括程控电源的测控精度和可靠性，电池温度一致性，充放电能量处理效率。

程控电源电流测控精度和可靠性越高，电池充放电精度越高，容量越准确。

电池温度一致性越好，容量偏差越小。当电池之间温度偏差10℃时，测量出的容量偏差可能超过10%以上。

充放电能量处理效率意味着能耗。效率越高，反馈到电网的能量越多，损耗产生的热量就少一些。

其中针对电池温度一致性，除了提升电源电流精度外，最重要的是散热。

常用方式是用大功率空调稳定车间环境温度。通过合理风道设计，减少温控死角，减小电池之间的温度差异，进而防止热集聚引起的电池或设备起火。

不同材料的电池容量测试，理相似。其能量处理效率，主要取决于标称工作电压。

例如锰酸锂3.7V，磷酸铁锂3.2V ，三元电池3.7V，电压最高，效率最大。

关于电池容量测试发展，一位业内专家建议分三个层次。

第一，从成本考虑和技术突破，可以取消电池制作中分容。通过对化成检测，选合适的统计模型去拟合、预测容量，进而取消分容，不过这难度较大。

第二，通过对分容放电曲线的取，利用统计中的聚类分析，结合统计分析软件，对电池进行合适的容量测试，确定分档。

第三，运用大数据模型在系统分析、规划、设计，应用AI自适应算法，实现智能化成。

值得一提的是，从专利角度，容量测试方向最新突破代表有宁德时代和恒大新能源。

宁德时代倍率放电测试

宁德时代的专利是提供一种电池及电池放电后容量测试方法，好处是方法简单，准确程度高。

该方法测定容量，得到电池负极极片中剩余活性锂含量，进而准确判断出电池的实际补锂程度。避免由于电池制备过程中，补锂不足或过量，影响电池的后续使用。

宁德时代的专利大致实施步骤如下

首先在25℃，以倍率电流充电至100%SOC，再放电至0%SOC，得到首周充放电过程中V-SOC曲线。其次将V-SOC曲线处理，得出电压和对应的SOC数值。最后将放电至0%SOC的电池拆解，然后与锂金属组装成扣式半电池，进行充放电循环测试，计算出容量。

图2 常温下循环容量测试

图2为实例1（补锂）和对比例1（不补锂）在常温下循环容量测试图。从中可出对比例1电池在常温环境下衰减至80%时，最多可循环6000次，实施例1容量衰减至80%时预期可循环16000次，性能更好。

恒大新能源恒流充放电容量测试

恒大新能源的专利是一种动力电池系统容量测试方法。通过对动力电池系统进行充放电，对比调整前后的荷电状态计算出动力电池系统容量。

恒大新能源的专利测试大致步骤如下

1、充放电获取SOC-OCV特性曲线，然后分段建立模型SOC=f（OCV）。2、根据恒流充放电工况，设定容量校准系数，平台电压系数，计算出动力电池系统的可用容量和能量。3、再次调整充放电，再对比前后放电容量和能量计算平均值。该方法计算出的容量/能量跟实际情况误差＜±1%。

本专利提供一种减少单次容量测试时长，提升测试效率的动力电池系统容量测试方法。该测试方法不仅减少电量损耗，而且过程简单易行，极大节约成本。

图3 测试工步调整示意图

图4 测试步骤工况示意图

参考献

[1]恒大新能源科技集团有限公司  一种动力电池系统容量测试方法 [P]:中国 CN110515008A 2019-11-29

[2]宁德时代新能源科技股份有限公司 电池及电池放电后负极极片中剩余活性锂容量的测试方法 [P]中国 CN110208716A  2019-9-6

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