锂电池AC电流预热与迭加纹波耐久性测试解决方案

时间： 2024-04-09 来源：CHROMA 微信公众号

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受到极地涡漩减弱的影响近年来极端寒流频繁发生，高纬度的地区更易出现异常低温，不少车主因电动车无法正常充电而受困，被迫呼叫救援，这都归因于锂离子电池在低温下性能会大幅衰减所致，要想快速恢复电池原有的性能就需要使其回温，倚赖的是电池加热技术，为了缩短加热等待时间车厂开始寻找更高效率的升温方法。在众多的技术选项中，交流电流加热技术最受电动车厂关注。实施交流加热策略时，如何缩短加热时间且避免造成电池劣化是研究重点，若有宽带率范围的纹波电流迭加测试设备，将能协助工程人员仿真各种加热频率与振幅，并缩短可观的测试时间。

由于电解质在零下温度离子导电度降低，使锂离子电池芯内阻上升而降低正常的能量及功率输出/入能力，交流加热技术运用适当频率的交流电流通过内阻使其产生热量，功率主要由电阻成分及交流电流有效值决定。影响电解液加热效率的是使用的交流讯号振幅与频率，相关研究指出高频（~1kHz）讯号能产生更好的加热效率且避免衍生电池劣化。

▲图一、纹波电流加热策略

交流纹波电流除了来自于交流加热装置，实际上也存在于电池的装机环境，例如电动车或储能电网的电源噪声(纹波)的干扰，这些来自于充电或能量回收时所伴随的纹波电流可能产生过电压使用和长期电池劣化的问题。尤其在低温下电池内阻升高，充电纹波电流会造成较高纹波电压，某些过电压因为超出电池管理系统侦测频域范围而躲过侦测(例如纹波频率为电池管理系统电压侦测频率之倍频)，可能导致锂沉积等异常劣化，使电池潜藏安全风险及衰退性能，这时候需要适当的降低工作电压或是选择纹波过电压耐受性较好的电池，然而降工作电压意味着电池可用能量的减少，需要更严谨的评估。此外，由于纹波电流会产生热以及周期性波动，可能有长期的劣化影响，评估可耐受的纹波电流频域与大小是另一项实验重点。

▲图二、纹波电流引起的过电压使用

▲图三、过电位使锂在负极表面沉积

Chroma纹波电流迭加测试系统提供频率100Hz至20kHz的纹波电流，振幅>150App，直流充放电最大可达1200A的测试平台，并可程序化整合温箱进行多种环境温度测试。系统采用独立高频交流测试电源与直流充放电测试设备组成，此架构优点为可弹性迭加纹波电流在多种充放电模式(CC，CV，CP，CR，CC-CV，CP-CV，工况)，适合模拟电力回路状况或加热策略的拟真测试，评价出纹波电流操作规格；且由于交流与直流回路独立，对于充放电模式的截止判断影响较小，有助于循环寿命比对。

▲Chroma 17010 600A 2ch系统图

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