动力电池HPPC该怎样进行测试呢
混合脉冲功率特性（pulse power characterization，简称hppc）测试是动力电池性能评估中的一项重要的测试方法，该方法主要针对混合动力车用电池系统、模块以及电池单体进行性能评估及电源系统管理等。本文主要讲述hppc的测试原理和方法，后续会分享hppc实际应用案列，请持续关注。
1.1 hppc测试的定义
hppc即hybird pulse power characterization（混合动力脉冲能力特性），是用来体现动力电池脉冲充放电性能的一种特征测试。hppc测试的特性曲线显示在图1（a）中。其目的是演示功率辅助目标在不同放电深度（dod）下的放电脉冲和再生充电脉冲功率能力。
图1 hppc测试特性曲线（a）和完整的hppc测试过程（b）
hppc的测试过程是图1（a）的特性曲线的简单重复。测试从满电态开始，每放电10%dod后静置1h并进行脉冲，直至100%dod放电后静置1h结束，如图1（b）。静置1h是让电池达到电化学和热平衡状态。需记录每个静置期间的电压，以建立电池的 ocv（开路电压）曲线。测试脉冲电流使用低电流（imax的25%）和高电流（imax的75%）两种峰值电流来执行，imax为制造商确定的最大允许10s脉冲放电电流。
1.2 hppc测试所得结果分析
1.2.1 开路电压ocv
开路电压（ocv）为每个hppc静置期结束时的值，可绘制为放电深度（dod）的函数。根据测试数据点，可通过直线插补或数据拟合曲线来估计其他dod值下的ocv，如图2。
1.2.2 计算内阻特性作为放电深度的函数
根据方程（1）和（2）和图1，使用δv/δi计算来确定每次测试的放电和再生充电电阻，如图２。
图2 开路电压和脉冲电阻与放电深度的关系
1.2.3 脉冲功率能力
从电压和电阻特性可以得出脉冲功率能力，并绘制为dod的函数。脉冲功率能力为ｖmin放电能力和ｖmax再生充电能力，ｖmin和ｖmax为电池单体最小和最大工作电压。利用方程式（3）和（4），可以从图3中找出相关dod上对应的的电阻及ocv并计算出放电功率和再生充电脉冲功率。
这些功率能力值能确定可用放电深度和能量值的变化量。功率能力与dod关系图的示例如图3所示，在确定dod值时须考虑放电脉冲消耗的容量，故再生充电dod值会出现滞后现象。
图3 脉冲功率能力与放电深度的关系
1.2.4 可用能量
可用能量定义为电池系统1c放电可得到的能量。确定可用能量步骤有：在不同放电深度下建立hppc功率与1c放电能量之间的关系；采用电池尺寸因子（battery size factor，简称bsf）来缩放能量和功率；确定满足测试手册目标要求的最小和最大dod值；在精确满足目标的情况下，计算放电区域上可用的（1c放电）能量。
如图4可以转换为功率-能量曲线，通过1c放电hppc数据中用能量值替换dod值，得到单体电池层面所得的功率与1c放电能量曲线。单体的功率-能量值可与尺寸因子bsf换算（相乘）后与freedomcar指标进行比较。如图4为采用尺寸因子40的放大结果。在图中添加代表功率目标的水平线，通过水平线与曲线的交叉点即可确定可用能量。图4中可用能量约为1330wh和480wh之差，即850wh。850wh的结果比最小功率目标300wh高出550wh的能量，由于电池使用寿命中功率能力和可用能量的衰减，在生命结束时也需要满足动力系统的功率和能量目标，因此差值在电池使用初期是有必要的，当能量余量减小到零的点即为电池生命终点。
图4 确定可用能量
1.2.5 可用功率
可用功率是当可用能量达到freedomcar测试手册中要求的最小值时，最大放电功率能力。该参数主要用于考察电池在全生命周期的退化情况。可用功率和可用能量反应了任意时间点上的两个电池性能互补，如图5。
图5 可用能量对功率的曲线
1.2.6 功率和能量衰减
对于系统的寿命测试，可用功率和能量衰减率来表示。可用功率和可用能量随时间的变化需要在某个时间点定期进行测试，以初始（bol）原值的百分比表示，如方程（5）和（6）。
功率衰减（%）=100×（1-可用功率/初期可用功率）（5）
能量衰减（%）=100×（1-可用能量/初期可用能量）（6）
1.2.7 最小和最大dod值
满足（freedomcar）电动车系统动力目标的最小和最大dod值可通过使用与图4中相同的hppc数据和缩放因子来确定，但需与hppc测试的原始dod值作图（横轴无需转化为能量值）。如图6满足功率辅助目标的最小和最大dod值分别约为28和76%，而满足可用能量目标的最大dod值约为57%。
图6 满足（freedomcar）系统目标的最小和最大dod值
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图1 hppc测试特性曲线（a）和完整的hppc测试过程（b）
hppc的测试过程是图1（a）的特性曲线的简单重复。测试从满电态开始，每放电10%dod后静置1h并进行脉冲，直至100%dod放电后静置1h结束，如图1（b）。静置1h是让电池达到电化学和热平衡状态。需记录每个静置期间的电压，以建立电池的 ocv（开路电压）曲线。测试脉冲电流使用低电流（imax的25%）和高电流（imax的75%）两种峰值电流来执行，imax为制造商确定的最大允许10s脉冲放电电流。
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开路电压（ocv）为每个hppc静置期结束时的值，可绘制为放电深度（dod）的函数。根据测试数据点，可通过直线插补或数据拟合曲线来估计其他dod值下的ocv，如图2。
1.2.2 计算内阻特性作为放电深度的函数
根据方程（1）和（2）和图1，使用δv/δi计算来确定每次测试的放电和再生充电电阻，如图２。
图2 开路电压和脉冲电阻与放电深度的关系
1.2.3 脉冲功率能力
从电压和电阻特性可以得出脉冲功率能力，并绘制为dod的函数。脉冲功率能力为ｖmin放电能力和ｖmax再生充电能力，ｖmin和ｖmax为电池单体最小和最大工作电压。利用方程式（3）和（4），可以从图3中找出相关dod上对应的的电阻及ocv并计算出放电功率和再生充电脉冲功率。
这些功率能力值能确定可用放电深度和能量值的变化量。功率能力与dod关系图的示例如图3所示，在确定dod值时须考虑放电脉冲消耗的容量，故再生充电dod值会出现滞后现象。
图3 脉冲功率能力与放电深度的关系
1.2.4 可用能量
可用能量定义为电池系统1c放电可得到的能量。确定可用能量步骤有：在不同放电深度下建立hppc功率与1c放电能量之间的关系；采用电池尺寸因子（battery size factor，简称bsf）来缩放能量和功率；确定满足测试手册目标要求的最小和最大dod值；在精确满足目标的情况下，计算放电区域上可用的（1c放电）能量。
如图4可以转换为功率-能量曲线，通过1c放电hppc数据中用能量值替换dod值，得到单体电池层面所得的功率与1c放电能量曲线。单体的功率-能量值可与尺寸因子bsf换算（相乘）后与freedomcar指标进行比较。如图4为采用尺寸因子40的放大结果。在图中添加代表功率目标的水平线，通过水平线与曲线的交叉点即可确定可用能量。图4中可用能量约为1330wh和480wh之差，即850wh。850wh的结果比最小功率目标300wh高出550wh的能量，由于电池使用寿命中功率能力和可用能量的衰减，在生命结束时也需要满足动力系统的功率和能量目标，因此差值在电池使用初期是有必要的，当能量余量减小到零的点即为电池生命终点。
图4 确定可用能量
1.2.5 可用功率
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图5 可用能量对功率的曲线
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功率衰减（%）=100×（1-可用功率/初期可用功率）（5）
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