混合脈沖功率特性（Pulse Power Characterization，簡稱HPPC）測試是動力電池性能評估中的一項重要的測試方法，該方法主要針對混合動力車用電池系統、模塊以及電池單體進行性能評估及電源系統管理等。本文主要講述HPPC的測試原理和方法，后續會分享HPPC實際應用案列，請持續關注。

1.1?HPPC測試的定義

HPPC即Hybird Pulse Power Characterization（混合動力脈沖能力特性），是用來體現動力電池脈沖充放電性能的一種特征測試。HPPC測試的特性曲線顯示在圖1（a）中。其目的是演示功率輔助目標在不同放電深度（DOD）下的放電脈沖和再生充電脈沖功率能力。

圖1?HPPC測試特性曲線（a）和完整的HPPC測試過程（b）

HPPC的測試過程是圖1（a）的特性曲線的簡單重復。測試從滿電態開始，每放電10%DOD后靜置1h并進行脈沖，直至100%DOD放電后靜置1h結束，如圖1（b）。靜置1h是讓電池達到電化學和熱平衡狀態。需記錄每個靜置期間的電壓，以建立電池的?OCV（開路電壓）曲線。測試脈沖電流使用低電流（Imax的25%）和高電流（Imax的75%）兩種峰值電流來執行，Imax為制造商確定的最大允許10s脈沖放電電流。

1.2?HPPC測試所得結果分析

1.2.1?開路電壓OCV

開路電壓（OCV）為每個HPPC靜置期結束時的值，可繪制為放電深度（DOD）的函數。根據測試數據點，可通過直線插補或數據擬合曲線來估計其他DOD值下的OCV，如圖2。

1.2.2?計算內阻特性作為放電深度的函數

根據方程（1）和（2）和圖1，使用ΔV/ΔI計算來確定每次測試的放電和再生充電電阻，如圖２。


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圖2 開路電壓和脈沖電阻與放電深度的關系

1.2.3?脈沖功率能力

從電壓和電阻特性可以得出脈沖功率能力，并繪制為DOD的函數。脈沖功率能力為Ｖmin放電能力和Ｖmax再生充電能力，Ｖmin和Ｖmax為電池單體最小和最大工作電壓。利用方程式（3）和（4），可以從圖3中找出相關DOD上對應的的電阻及OCV并計算出放電功率和再生充電脈沖功率。

這些功率能力值能確定可用放電深度和能量值的變化量。功率能力與DOD關系圖的示例如圖3所示，在確定DOD值時須考慮放電脈沖消耗的容量，故再生充電DOD值會出現滯后現象。

圖3 脈沖功率能力與放電深度的關系

1.2.4?可用能量

可用能量定義為電池系統1C放電可得到的能量。確定可用能量步驟有：在不同放電深度下建立HPPC功率與1C放電能量之間的關系；采用電池尺寸因子（Battery Size Factor，簡稱BSF）來縮放能量和功率；確定滿足測試手冊目標要求的最小和最大DOD值；在精確滿足目標的情況下，計算放電區域上可用的（1C放電）能量。

如圖4可以轉換為功率-能量曲線，通過1C放電HPPC數據中用能量值替換DOD值，得到單體電池層面所得的功率與1C放電能量曲線。單體的功率-能量值可與尺寸因子BSF換算（相乘）后與FreedomCAR指標進行比較。如圖4為采用尺寸因子40的放大結果。在圖中添加代表功率目標的水平線，通過水平線與曲線的交叉點即可確定可用能量。圖4中可用能量約為1330Wh和480Wh之差，即850Wh。850Wh的結果比最小功率目標300Wh高出550Wh的能量，由于電池使用壽命中功率能力和可用能量的衰減，在生命結束時也需要滿足動力系統的功率和能量目標，因此差值在電池使用初期是有必要的，當能量余量減小到零的點即為電池生命終點。

圖4 確定可用能量

1.2.5?可用功率

可用功率是當可用能量達到FreedomCAR測試手冊中要求的最小值時，最大放電功率能力。該參數主要用于考察電池在全生命周期的退化情況。可用功率和可用能量反應了任意時間點上的兩個電池性能互補，如圖5。

圖5 可用能量對功率的曲線

1.2.6?功率和能量衰減

對于系統的壽命測試，可用功率和能量衰減率來表示。可用功率和可用能量隨時間的變化需要在某個時間點定期進行測試，以初始（BOL）原值的百分比表示，如方程（5）和（6）。

功率衰減（%）=100×（1-可用功率/初期可用功率）（5）

能量衰減（%）=100×（1-可用能量/初期可用能量）（6）

1.2.7?最小和最大DOD值

滿足（FreedomCAR）電動車系統動力目標的最小和最大DOD值可通過使用與圖4中相同的HPPC數據和縮放因子來確定，但需與HPPC測試的原始DOD值作圖（橫軸無需轉化為能量值）。如圖6滿足功率輔助目標的最小和最大DOD值分別約為28和76%，而滿足可用能量目標的最大DOD值約為57%。

圖6 滿足（FreedomCAR）系統目標的最小和最大DOD值

審核編輯：劉清