受到極地渦漩減弱的影響近年來極端寒流天氣頻繁發(fā)生,高緯度的地區(qū)更易出現(xiàn)異常低溫,不少車主因電動車無法正常充電而受困,被迫呼叫救援,這都是由于鋰離子電池在低溫下性能會大幅衰減所致,要想快速恢復電池原有的性能就需要使其回溫,這依賴的是電池加熱技術。為了縮短加熱等待時間,車廠開始尋找更高效率的升溫方法。在眾多的技術選項中,交流電流加熱技術最受電動車廠關注。實施交流加熱策略時,如何縮短加熱時間且避免造成電池劣化是研究重點,若有寬帶率范圍的紋波電流疊加測試設備,將能協(xié)助工程人員仿真各種加熱頻率與振幅,并縮短可觀的測試時間。
由于電解質在零下溫度離子導電度降低,使鋰離子電池芯內(nèi)阻上升而降低正常的能量及功率輸出/入能力,交流加熱技術可以運用適當頻率的交流電流通過內(nèi)阻使其產(chǎn)生熱量,功率主要由電阻成分及交流電流有效值決定。影響電解液加熱效率的是使用的交流訊號振幅與頻率,相關研究指出高頻(~1kHz)訊號能產(chǎn)生更好的加熱效率且避免衍生電池劣化。
▲圖一、紋波電流加熱策略
交流紋波電流除了來自于交流加熱裝置,實際上也存在于電池的裝機環(huán)境,例如電動車或儲能電網(wǎng)的電源噪聲(紋波)的干擾,這些來自于充電或能量回收時所伴隨的紋波電流可能產(chǎn)生過電壓使用和長期電池劣化的問題。尤其在低溫下電池內(nèi)阻升高,充電紋波電流會造成較高紋波電壓,某些過電壓因為超出電池管理系統(tǒng)偵測頻域范圍而躲過偵測 (例如紋波頻率為電池管理系統(tǒng)電壓偵測頻率之倍頻),可能導致鋰沉積等異常劣化,使電池潛藏安全風險及性能衰退,這時候需要適當?shù)慕档凸ぷ麟妷夯蚴沁x擇紋波過電壓耐受性較好的電池,然而降工作電壓意味著電池可用能量的減少,需要更嚴謹?shù)脑u估。此外,由于紋波電流會產(chǎn)生熱以及周期性波動,可能有長期的劣化影響,評估可耐受的紋波電流頻域與大小是另一項實驗重點。
▲圖二、紋波電流引起的過電壓使用
▲圖三、過電位使鋰在負極表面沉積
Chroma紋波電流疊加測試系統(tǒng)提供頻率100Hz至20kHz的紋波電流,振幅>150App,直流充放電最大可達1200A的測試平臺,并可程序化整合溫箱進行多種環(huán)境溫度測試。系統(tǒng)采用獨立高頻交流測試電源與直流充放電測試設備組成,此架構優(yōu)點為可彈性疊加紋波電流在多種充放電模式(CC , CV, CP, CR, CC-CV, CP-CV, 工況),適合模擬電力回路狀況或加熱策略的仿真測試,評價出紋波電流操作規(guī)格;且由于交流與直流回路獨立,對于充放電模式的截止判斷影響較小,有助于循環(huán)壽命比對。
▲Chroma 17010 600A 2ch系統(tǒng)圖