第十二章：表征与性能测试

电池性能测试通常分几个阶段进行，从电池表征开始。电池表征的目的是确定电池在某一套操作标准下的性能表现。这使得系统工程师可以设计一个系统，确保电池不会在这个范围之外工作。表征通常是在相同的测试周期下，在多个温度范围内进行的一系列充电/放电循环。

表征测试通常使用“循环器”或“通道”进行，该循环器或“通道”为电池、模块或电池组提供电流和功率，由提供可编程特性的单独单元控制（图1），最后在热室中完成，以管理电池在测试期间将经历的温度。热室使电池，模块或电池组能够在特定温度下进行测试，通常从-40°C到约60°C或更高（图2）。

除了性能测试外，通常还必须在表征阶段进行一定数量的生命周期测试。这样做的目的是为了确保电池在使用寿命结束时能够满足所需的功率和能量，同时也确保电池能够满足其保修目标。特性测试套件的一个例子可能包括循环测试等测试，循环测试可能是特性测试中运行时间最长的部分，因为它可能需要一年多才能完成，具体取决于电池的大小。例如，对于大型插电式混合动力汽车（PHEV）或电池电动汽车（BEV）电池（10千瓦时至16千瓦时）的循环寿命测试，由于必须完全放电和充电（循环）的可用能量的大小以及在放电和充电之间所需的任何休息时间，需要400-420天才能完成，这并不是没有听说过。在这个例子中，你可能很幸运地实现了每天一次循环。例如，如果我们测试一个雪佛兰Volt电池，在120v和15a（大约1°C的速率）下，10.5千瓦时的可用能量，将电池完全充电需要3到4小时，然后再次放电也需要同样的时间。如果电池的寿命假设为10年每天一次循环，那就是每年365次循环乘以10年，即3650个周期。所以即使每天三个周期，也需要超过1200天（超过3年）才能完成这个测试计划！

另一方面，如果你测试的是单个电池，尤其是相对较小的电池，你也许可以在一天内完成多个循环。在制定DVP&R计划时请记住这一点，因为循环寿命通常必须使用最终的生产意图设计来完成，而不是使用早期的原型关卡。这意味着循环寿命测试可以一直运行到生产开始，具体取决于您的测试和测试结果开发计划。

另一个“标准”特性测试的例子是美国先进电池联盟有限责任公司项目“动力辅助混合动力汽车自由汽车电池测试手册”（2003年）中概述的测试。自由汽车手册中描述的测试侧重于性能类型测试，包括：

•静态容量测试-此测试的目的是在指定的放电速率下，以安培小时和瓦小时为单位定义电池容量。

•容量衰退-显示基于上述静态容量测试的电池将经历的不可逆容量损失的数量。

•混合功率脉冲特性（HPPC）测试-这可能是FreedomCAR手册中定义最明确的。HPPC测试用于将单元或包的性能与一组性能目标（例如FreedomCAR目标）进行比较。HPPC测试是一个相对简单的测试，它包括一个短时间的放电，然后是一个休息期，然后是一个短时间的充电（再生制动）。然后再重复一段时间（图3）。

从这个测试中，可以获得一大堆额外的数据，包括电阻作为放电深度的函数，脉冲功率能力，不同放电深度下可用的能量量，不同放电深度下的可用功率，电池在其使用寿命中会经历多少功率和能量衰减，电池能够达到并仍然满足性能要求的最大和最小放电深度值，以及在运行过程中产生的热量。测试计划中可能包括的其他特性测试可能包括：

•自放电测试-帮助电池设计人员确定电池在存储过程中随时间的推移损失了多少能量。

•冷启动测试-显示电池在低温下可以提供多少能量来“启动”车辆发动机并重新启动它。

•热性能测试-描述在不同温度下有多少功率和能量可用。

•能源效率测试-描述电池或系统的“往返能源效率”。本质上，这告诉我们整个系统设计的效率如何，以及在使用过程中损失了多少能量。

•循环寿命测试-确定在一组预定义的操作条件下电池将实现多少个完整的充电/放电循环。

•日历寿命测试-由于实际测试电池的全部预期寿命是不现实的，可能是10-15年或更长时间，因此了解电池在日历年中将持续多长时间是很重要的。这正是这项测试的目的（FreedomCAR计划电化学储能小组，2003）。

这当然只是表征测试制度的一个例子，根据应用、行业和客户的不同，你最终可能会得到非常相似或完全不同的结果。另一种开始在锂离子领域有所应用的测试制度是铅酸SLI电池的启动电池评估测试。虽然此测试集用于铅酸启动器，照明点火电池，但它在测试停止/启动电池时也非常有用，因为它们将在非常相似的操作周期下工作。