安富强等：纯电动车用18650电池的一致性研究 ·109· 骤实施，仅将充电上限减小为4.1V. 式中，V。为放电终止时的电压，V为静置60s后的开 (3)倍率充电：以标称容量为基准，0.2C、0.3C、 路电压，lp为放电电流。 0.5C、1C、1.5C和2C倍率进行恒流充电，电压截止 1.4.2 变异系数 4.2V;静置10min;然后以0.3C进行放电，放电截止 COV 电压为2.5V. 1.1.2直流内阻测试 在不同倍率放电至截止电压2.5V后，记录电池 (2) 静置60s过程中电压变化4-)，然后计算得到直流内 20, 阻，如图2所示. (X-u)2 = 19 式中，σ为标准偏差，4为平均值，X为各物理量. 1.4.3相关性系数 静置阶段 (X-AY-) 不同放电 l.1 r三 (3) 倍率放电 (X:-u)2 ,(y:-u')2 式中，μ和u'分别为物理量X和Y的平均值 时间 2结果与讨论 图2直流内阻测试 图3为五种18650电池在25℃，0.3C倍率下的充 Fig.2 Schematic for direct current resistance test 放电曲线图.从该曲线可以看出五种18650电池所使 1.2低温性能测试 用的材料体系是相同的，正极为三元材料，负极为石墨 1.2.1低温充电 复合材料. (1)将电池在常温下放电至2.5V; 4.4 (2)在0℃或-20℃搁置4h; (3)进行恒流充电(0℃采用0.3C倍率，-20℃ 4.0 采用0.1C倍率)，恒流充电截止电压为4.2V. 3.6 1.2.2低温放电 (1)将电池在常温下用0.3C倍率充满电（恒流 3.2 恒压(constant current-constant voltage,CC-CV)模式，电 2.8 压限制为4.2V,恒压阶段电流限制为0.03C); (2)在0℃或-20℃搁置4h: 2.4 (3)以0.3C倍率进行恒流放电 0.5 1.0152.0 2.5 3.0 1.3老化寿命测试 容量(A·h) 在恒温25℃，采用0.5C恒流充电至4.2V,然后 图3五种18650电池的充放电曲线 1C倍率恒流放电至2.5V,以50次为节点，进行容量 Fig.3 Charge/discharge curves of cells 标定(0.3C倍率充放电，电压范围：2.5~4.2V),依次 图4和表2为每种样品20支电池的交流内阻 循环. (ACR:1kHz,HKIO内阻仪)、质量和0.2C充放电倍 1.4若干计算公式 率的容量的一致性对比结果.从中我们可以得出： 为了有效表征电池之间的一致性，我们采用变异 (1)由于这三个参数是电池企业一般采取的初始 系数(coefficient of variation,COV)作为表征参数；用相 筛选指标，测试结果表明初始一致性比较好属于正常 关性系数()来表征各参数之间的相关性. 情况.相比而言，B型号电池的容量和质量变异系数 1.4.1直流内阻 比较大. 根据图2测试结果，可以根据式(1)计算出该放 电倍率下的直流内阻. (2)通过对变异系数(C0V)的分析可看出：容量 与质量之间一致性变化存在趋同性，但两者与交流内 V-Vo DCR= (1) 阻并无明显的关联性安富强等: 纯电动车用 18650 电池的一致性研究 骤实施,仅将充电上限减小为 4郾 1 V. (3) 倍率充电:以标称容量为基准,0郾 2C、0郾 3C、 0郾 5C、1C、1郾 5C 和 2C 倍率进行恒流充电,电压截止 4郾 2 V;静置 10 min;然后以 0郾 3C 进行放电,放电截止 电压为 2郾 5 V. 1郾 1郾 2 直流内阻测试 在不同倍率放电至截止电压 2郾 5 V 后,记录电池 静置 60 s 过程中电压变化[14鄄鄄15] ,然后计算得到直流内 阻,如图 2 所示. 图 2 直流内阻测试 Fig. 2 Schematic for direct current resistance test 1郾 2 低温性能测试 1郾 2郾 1 低温充电 (1) 将电池在常温下放电至 2郾 5 V; (2) 在 0 益或 - 20 益搁置 4 h; (3) 进行恒流充电(0 益 采用 0郾 3C 倍率, - 20 益 采用 0郾 1C 倍率),恒流充电截止电压为 4郾 2 V. 1郾 2郾 2 低温放电 (1) 将电池在常温下用 0郾 3C 倍率充满电(恒流 恒压(constant current鄄constant voltage,CC鄄鄄CV)模式,电 压限制为 4郾 2 V,恒压阶段电流限制为 0郾 03C); (2) 在 0 益或 - 20 益搁置 4 h; (3) 以 0郾 3C 倍率进行恒流放电. 1郾 3 老化寿命测试 在恒温 25 益 ,采用 0郾 5C 恒流充电至 4郾 2 V,然后 1C 倍率恒流放电至 2郾 5 V,以 50 次为节点,进行容量 标定(0郾 3C 倍率充放电,电压范围:2郾 5 ~ 4郾 2 V),依次 循环. 1郾 4 若干计算公式 为了有效表征电池之间的一致性,我们采用变异 系数(coefficient of variation, COV)作为表征参数;用相 关性系数(r)来表征各参数之间的相关性. 1郾 4郾 1 直流内阻 根据图 2 测试结果,可以根据式(1) 计算出该放 电倍率下的直流内阻. DCR = V1 - V0 Idischarge . (1) 式中,V0 为放电终止时的电压,V1 为静置 60 s 后的开 路电压,Idischarge为放电电流. 1郾 4郾 2 变异系数 COV = 滓 滋 , 滋 = 移 20 i = 1 Xi 20 , 滓 = 移 20 i = 1 (Xi - 滋) 2 19 ì î í ï ï ï ïï ï ï ï ïï . (2) 式中,滓 为标准偏差,滋 为平均值,Xi 为各物理量. 1郾 4郾 3 相关性系数 r = 移 20 i = 1 (Xi - 滋)(Yi - 滋忆) 移 20 i = 1 (Xi - 滋) 2移 20 i = 1 (Yi - 滋忆) 2 . (3) 式中,滋 和 滋忆分别为物理量 X 和 Y 的平均值. 2 结果与讨论 图 3 为五种 18650 电池在 25 益 ,0郾 3C 倍率下的充 放电曲线图. 从该曲线可以看出五种 18650 电池所使 用的材料体系是相同的,正极为三元材料,负极为石墨 复合材料. 图 3 五种 18650 电池的充放电曲线 Fig. 3 Charge / discharge curves of cells 图 4 和表 2 为每种样品 20 支电池的交流内阻 (ACR:1 kHz, HIKIO 内阻仪)、质量和 0郾 2C 充放电倍 率的容量的一致性对比结果. 从中我们可以得出: (1) 由于这三个参数是电池企业一般采取的初始 筛选指标,测试结果表明初始一致性比较好属于正常 情况. 相比而言,B 型号电池的容量和质量变异系数 比较大. (2) 通过对变异系数(COV)的分析可看出:容量 与质量之间一致性变化存在趋同性,但两者与交流内 阻并无明显的关联性. ·109·