HPPC测试应用案例：内阻测试及研究！

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Lou T T[1]等采用8Ah三元材料动力电池组测试研究，采用HPPC方法测试内阻，对欧姆内阻与电流、SOC及温度的关系进行了考察，得到了容量、温度与内阻关系曲线，不同温度下的容量与欧姆内阻的关系，为电池功率在线预测提供数据支持。

图1 HPPC简化等效电路(a)及脉冲测试工步(b)

图1(a)中简化等效电路的关系式为：U=OCV-R×I，OCV为某个单体在当前荷电状态下的开路电压，R与I分别为某时刻该电池的内阻和电流，HPPC测试曲线如图1(b)所示，可得到欧姆内阻、极化内阻、放电功率、再生充电功率、电池最大充放电电流等信息，计算公式详见公式(7)-(16)。

若电池工作电压上下限为Umin≤U≤Umax，OCV为在特定SOC下的开路电压，可进一步推出电池允许的最大放电电流为：

因此，也可推断得到单体电池的充放电最大功率为

郭宏榆[2]等研究了8Ah锰酸锂串联电池组每个单体在不同温度下的内阻分布情况，结果显示相同温度下同批次电池的内阻基本一致，单个电池内阻特性可以代表整组电池的内阻特性；在不同温度下每隔10%SOC对电池进行HPPC脉冲充放电测试，考察不同荷电状态下的电池内阻、不同温度下及30%～80%工作区间内，各种温度条件下，内阻随SOC变化慢，可对该区间内阻变化忽略处理。温度是影响电池内阻的关键因素，可以忽略SOC对电池内阻的影响。该文献中采用最小二乘法拟合曲线，利用Matlab软件计算，实现了非线性最小二乘法拟合。拟合结果表明四阶多项式可以反映电池内阻和温度之间的关系。

张方亮等[3]采用HPPC对磷酸铁锂电池欧姆内阻进行测试，得到欧姆内阻和放电倍率、SOC之间的关系，结论得出电池欧姆内阻随SOC的减小呈逐渐增大趋势，但阻值最大变化量为0.5mΩ。林春景等[4]采用HPPC研究了不同温度下的磷酸铁锂电池内阻特性，考察了环境温度、SOC对电池充放电欧姆内阻、极化内阻和总电阻的影响，得出欧姆内阻对温度的敏感性比极化内阻更高，欧姆内阻增加的变化率逐渐增大，结论是在一定温度下，极化内阻比欧姆内阻随SOC变化更大，而在0.2℃～0.8℃范围内的电池充放电内阻基本稳定，可获得更好的功率特性。温度下降，磷酸铁锂电池的充放电内阻均会增加，充电内阻比放电内阻更大，当温度低于0℃时，内阻增大高于10mΩ，因此磷酸铁锂电池充电环境温度宜大于0℃[5]。

Joongpyo S等[6]采用三元软包电池(镍钴铝为正极，石墨为负极)研究了高功率锂离子电池在长期循环下的特性，考察电池不同放电深度下(100%与70%放电深度)的循环性能和脉冲能力。100%DOD电池的容量和功率衰减比70%DOD的电池衰减更快。电池循环后的总内阻升高，电解质的欧姆内阻基本保持稳定。每隔80个循环测试采用HPPC工步测试电池的内阻，某一电池测试结果ASI值和脉冲功率能力变化如图2所示，计算18s放电区域的内阻(ASI)及放电脉冲功率，在480个循环后，电池只能于60%DOD时执行HPPC测试，内阻比新电池的内阻增高了2.5倍，而放电功率比初始阶段下降了30%。虽然较初始容量衰减了30%，但由于内阻增加能量可衰减70%。采用电化学工作站对电池内阻进行了扫描测试，结果与HPPC的研究结果相符。

图2 电池循环HPPC内阻及功率测试结果

参考：谢乐琼等. "动力电池重要测试方法:混合脉冲功率特性测试." 电池工业 5(2018):8.

[1] Lou, T. ,  Zhang, W. ,  Guo, H. , &  Wang, J. . The internal resistance characteristics of lithium-ion battery based on HPPC method.

[2] 郭宏榆，姜久春，王吉松，等．功率型锂离子动力电池的内阻特性[J]．北京交通大学学报，2011，35(５)：120-123．

[3]张方亮．不同放电倍率下的锂电池欧姆内阻测试分析[J]．电源世界，2016，9：36-38.

[4]林春景，李斌，常国锋，等．不同温度下磷酸铁锂电池内阻特性实验研究[J]．电源技术．2015．1，139(1)：22-25.

[5]孙逢春. Experimental study on thermal characteristics of LiFePO_4 power batteries[J]. 高技术通讯：英文版, 2010(4):6.

[6] Shim J ,  Striebel K A . Characterization of high-power lithium-ion cells during constant current cycling. Part I. Cycle performance and electrochemical diagnostics.  2003.