低温放电性能测试

一、 核心定义

高低温放电性能测试是指将电池或电池组置于可控的高温、低温和常温环境下，对其进行恒流或恒功率放电，并测量其关键性能参数的测试过程。

核心目的：评估温度对电池放电容量、电压、能量、功率以及安全性的影响，确定电池的工作极限和工作区间。

二、 测试目的与重要性

1. 验证工作温度范围：确定电池能够正常工作的最低温和最高温极限，这是产品规格书中的关键指标。

2. 评估放电容量和能量：温度对电池的化学反应速率和内阻有巨大影响，直接决定了电池能放出多少电量（容量）和能量。

• 低温：电解液导电性变差，锂离子迁移速度变慢，内阻急剧增大，导致容量和电压平台显著下降，严重时无法工作。

• 高温：化学反应加速，内阻减小，容量可能略有增加，但会加速副反应，影响寿命并带来安全风险。

3. 测量输出功率能力：对于动力电池（如电动汽车、无人机），低温下内阻增大会导致输出功率大幅下降，影响车辆的加速性能和续航。

4. 识别安全风险：极端温度下放电可能引发析锂（低温）、隔膜损坏、内短路等，测试可以暴露出潜在的安全隐患。

5. 为BMS（电池管理系统）策略提供数据：BMS的温控管理、功率限制（低温下限制输出电流）等功能策略，都需要基于此类测试数据来制定。

三、 测试系统组成

进行该测试需要一套完整的系统集成：

1. 环境模拟系统：高低温试验箱（温箱）

• 需要提供**且稳定的温度环境，范围通常要求 -40°C 至 +85°C。

• 内部需要具备良好的通风和安全性（防爆），尤其测试大容量电池时。

2. 负载与测量系统：电池测试仪

• 用于施加恒流、恒功率或模拟工况的负载（放电）。

• 高精度测量电压、电流，并计算容量、能量等数据。

3. 数据采集与控制系统：软件

• 控制温箱的温度和测试仪的充放电程序。

• 实时采集、记录和存储所有数据（电压、电流、温度、容量等）。

• 生成测试报告和曲线。

4. 安全监控系统：

• 温度传感器：贴在电池表面，监控实时温度。

• 电压检测线：直接连接电池正负极，避免线损带来的误差。

• 安全防护：烟雾报警、紧急停机、温箱防爆等。

四、 测试方法与标准

1. 常见测试流程

• 预处理：在常温下，用标准充放电程序对电池进行1-3个循环，使其处于稳定状态。

• 搁置：将电池放入温箱中，在设定的测试温度（如 -20°C）下静置足够长时间（通常2-24小时），确保电池芯内部也达到目标温度。

• 放电：在恒温环境下，以设定的放电速率（如 0.5C、1C）进行恒流放电至截止电压。

• 数据记录：全程记录电压、电流、温度、放电容量等数据。

• 恢复：将电池在常温下静置一段时间，再测量其恢复后的电压和容量。

2. 关键测试指标

• 放电容量：在不同温度下放出的实际电量（Ah）。

• 放电能量：在不同温度下放出的实际能量（Wh）。

• 电压平台：放电曲线的平均电压或中值电压。

• 放电效率：（低温/高温放电容量） / （常温放电容量） * 100%。

• 内阻：可以通过脉冲放电计算得出。

3. 主要遵循标准

• GB/T 31486 《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》 (中国)

• GB/T 31467 《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测试规程》 (中国)

• ISO 12405-4 《电动道路车辆 锂离子动力电池包和系统测试规程》 (国际)

• UL 1642 《锂电芯标准》 (美国)

• IEC 62660-1 《电动道路车辆用锂离子动力电池 第1部分：性能测试》 (国际)

• 各大车企标准：如特斯拉、大众、宝马等都有自己的企业内部测试标准，通常更为严苛。

五、 典型结果分析

通过分析测试数据曲线，可以得出重要结论：

1. 低温测试（如 -20°C）：

• 结果：放电容量和能量显著降低，电压平台下降很快，内阻增大。

• 曲线表现：放电电压曲线位置更低，斜率更陡，提前达到截止电压。

• 风险：低温大电流放电易导致锂金属在负极表面析出（析锂），引发短路和热失控。

2. 高温测试（如 55°C）：

• 结果：放电容量可能略高于常温，电压平台稍高（内阻变小）。

• 风险：长期高温会严重损害电池寿命，加速SEI膜增长和电解液分解，增加热失控风险。