電動汽車電池組性能測試研究

李文濤,宋一峰

（內(nèi)蒙古科技大學(xué),內(nèi)蒙古 包頭 014010）

電動汽車電池組性能測試研究

李文濤,宋一峰

（內(nèi)蒙古科技大學(xué),內(nèi)蒙古 包頭 014010）

為了解決目前電動汽車的核心組成部件電池組的性能測試問題，內(nèi)容首先分析了電池組的技術(shù)特點(diǎn)，提出了對其性能進(jìn)行測試的方案，分析了電池組性能測試方法。實(shí)踐證明：提出的測試方案和方法具有一定的科學(xué)性、合理性。

電動汽車；電池組；性能測試

汽車的出現(xiàn)給人類的生活帶來了巨大的便利，然而汽車在使用過程中對能源的消耗和環(huán)境污染的負(fù)面作用嚴(yán)重影響了人類社會和汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，研制開發(fā)高性能的電動汽車勢在必行。汽車電池組是電動汽車的核心部分，直接決定著電動汽車的多項(xiàng)性能，要獲得電池組的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，高效、準(zhǔn)確的測試是十分關(guān)鍵的。筆者結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對電動汽車電池組的性能測試進(jìn)行探究。

1 電動汽車電池組的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 儲能設(shè)備多數(shù)為超級電容器

目前我國電動汽車的廣泛使用的主要儲能設(shè)備為超級電容器，與其它儲能設(shè)備相比，超級電容器具有下述優(yōu)點(diǎn)：第一，充電時間短、速度快；第二，循環(huán)使用壽命相對較長；第三，功率密度大；第四，安全系數(shù)相對較高；第五，能耗低，環(huán)保性強(qiáng)。

1.2 輸入電壓值較高

從技術(shù)含量來說，若電動汽車電池組的電壓越高，其性能和經(jīng)濟(jì)性就會越好，但高壓電動車生產(chǎn)難度系數(shù)比較高，生產(chǎn)過關(guān)的廠家屈指可數(shù)，目前多數(shù)電動汽車的輸入電壓通常為100-600V。

2 電動汽車電池性能測試方案設(shè)計(jì)

目前電動汽車常用的動力電池主要包括以下幾種：鉛酸蓄電池、新空氣蓄電池、理離子蓄電池及燃料電池等，不同種類的電池具有不同的原理和結(jié)構(gòu)，然而作為電動汽車的動力電池，其基本性能都要符合車輛行駛對電池的要求。基于此，借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)和電動汽車的具體情況，通常將電池性能測試方案分為室內(nèi)測試方案和道路工況測試方案，具體如下圖1所示。

圖 1 電池性能測試方案

3 電動汽車電池綜合性能測試方法

3.1 室內(nèi)測試

室內(nèi)測試主要是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過設(shè)備測試電池組的某些性能，主要包括以下幾個項(xiàng)目：耐久能力測試、靜態(tài)測試、荷電保持能力測試、快速充放電測試、和耐振動測試等。

3.1.1 靜態(tài)測試

靜態(tài)測試主要是通過相關(guān)設(shè)備對新電池組的外觀、極性、規(guī)格和質(zhì)量等進(jìn)行檢測，所用方法主要是目測、電壓表、萬用表等。

3.1.2 快速充電接受能力測試

對于不同類型、不同廠家生產(chǎn)的電池，由于制作工藝和材料的差異，會使其充電能力存在一定差異。而電池的快速充電能力與電動汽車的使用效果存在直接關(guān)系，因此必須對其進(jìn)行測試。測試步驟如下：第一步，在20°C左右的溫度下，以I3（A）對電池進(jìn)行放電直到終止電壓為1.65V/單體；第二步，放電結(jié)束后，開始以6I3（A）對電池進(jìn)行恒流充電，直到截止電壓，完成后持續(xù)進(jìn)行恒壓充電，兩個過程的充電時間總計(jì)1小時；第三步，再以I3（A）開始放電，直到電壓為1.65V/單體，記下整個過程所用時間t0，用此數(shù)值乘以放電電流I3所得的數(shù)值就是快速充電容量Ck，通常要求CK不低于額定容量的70%。

3.1.3 3h率額定容量測試

電池的額定容量反映了電池對外供電能力的好壞，是檢驗(yàn)電池質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。通常測定3h率額定容量，是指在20°左右的溫度下，電池放電能達(dá)到的最低電量。通過對電池容量的測試可判斷其是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。具體測試步驟如下：第一步，將電池充滿電，在20°C左右的溫度中靜止放置5個小時；第二步，以I3（A）電流恒放電流知道1.65V/單體，記錄下相關(guān)時間，用放電電流I3乘以整個過程所用時間，所得結(jié)果就是電池容量C3h，通常要求C3h超過額定容量的90%。

3.1.4 循環(huán)耐久能力測試

循環(huán)耐久能力測試是指電池的容量在降低到某個固定值時，總共完成的充放電循環(huán)次數(shù)。如果充放電次數(shù)越多，說明電池的耐久性能越高，使用壽命也會越長，循環(huán)耐久能力也可認(rèn)為是電池壽命的衡量指標(biāo)。具體測試步驟如下：第一步，在電池充電結(jié)束后，以1.5I3（A）的電流進(jìn)行放電，持續(xù)時間長度為1.6h；第二步，以恒壓24V/單體、1.5I3（A）充電4h，這是一個循環(huán)過程；第三步，重復(fù)上述步驟，直到電池容量最終降低到額定容量的80%，通常要求在這個過程中充放電的循環(huán)次數(shù)不低于400次。

3.1.5 沖擊、擠壓測試

沖擊、擠壓測試是指電動汽車在行進(jìn)途中，由于剎車、碰撞等使電池撞擊托架而造成的變形的測試。具體測試步驟如下：第一步，將要測試的電池放置在兩個鋼板之間，通過臺鉗等工具對電池施加大約13kN的擠壓力，一達(dá)到此數(shù)值，立即放開臺鉗；第二步，將電池放置在實(shí)驗(yàn)臺上，在其中部部位放置一個鋼棒，讓具有一定質(zhì)量的物體從電池上方落下，砸在鋼棒上，鋼棒會對下面的電池產(chǎn)生作用力，試驗(yàn)完成后觀察電池是否出現(xiàn)破裂、電解液滲漏等狀況。

3.1.6 耐振動能力測試

電動汽車在行進(jìn)途中通常會出現(xiàn)顛簸情況，組成電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如極板、隔板、電解液等在顛簸時很可能出現(xiàn)變形、脫落等現(xiàn)象，為了確保電池在電動汽車運(yùn)行過程中使用的安全性和可靠性，必須對電池的耐振動能力進(jìn)行測試。具體測試步驟如下：第一步，在20°C左右的溫度下，將電池緊固在振動臺上；第二步，設(shè)定振動頻率在30-35Hz之間，閉合開關(guān)，讓振動臺開始振動，最大加速度為30m/s2，持續(xù)兩個小時。在試驗(yàn)結(jié)束后，檢測電池兩端端電壓是否出現(xiàn)異常，電池有無損傷，電解液是否滲漏等。

3.1.7 荷電保持能力測試

荷電保持能力是指電動汽車的電池在完全開路的情況下，容量保存性能。具體測試步驟如下：第一步，將完全充滿電后的電池靜止放置在溫度為20°C左右的環(huán)境中，持續(xù)時常大約5個小時；第二步，采用3h率額定容量測試方法對其進(jìn)行測試，記錄測試結(jié)果C1；第三步，對電池進(jìn)行完全充電，充電完成后將電池靜止放置在20°C左右的環(huán)境中，持續(xù)時間為28天；第四步，記錄下經(jīng)過28天后電池的額定容量C2，通常要求C2的數(shù)值要超過儲存前C1的85%。

3.2 道路測試

道路測試只要是測試電動車電池在行進(jìn)途中在不同工況下的各種性能，如放電容量、特性及電池一致性等。放電容量的測試可以根據(jù)電池一次充滿電后在特定速度下的續(xù)航里程來描述；放電特性通常是通過電池端電壓衰減率和溫升率來描述，端電壓衰減率是指每經(jīng)過一小時端電壓的衰減量具體計(jì)算公式如下式（1）所示：

電池一致性是根據(jù)電壓、內(nèi)阻及容量變化的一致性來描述。若是多個電池串聯(lián)，電池整體的一致性評價(jià)可根據(jù)電池電壓差異系數(shù)來進(jìn)行評價(jià)，具體計(jì)算公式如下式（3）所示：

3.2.1 整車動力性測試

對電動汽車進(jìn)行整車動力測試的根本目的在于檢測電池能否滿足汽車設(shè)計(jì)的動力需要。整車性能測試對外界環(huán)境要求比較高，具體要求如下：環(huán)境溫度約為20°C左右，風(fēng)速不超過5m/s，場地為直線或環(huán)形跑道；路面要具有良好的附著系數(shù)和干燥、平整。直線跑道的距離要不少于1000m，確保有足夠長的加速區(qū)域，以便電動汽車在進(jìn)行測速時能夠達(dá)到最高穩(wěn)定車速；縱向坡度要低于0.5%；實(shí)驗(yàn)前，將電池充滿電，散熱器內(nèi)要加滿冷卻液。具體測試分為兩個部分：最高車速試驗(yàn)和加速性能試驗(yàn)。

（1）最高車速試驗(yàn)

首先啟動電動汽車，逐步進(jìn)行加速，務(wù)必確保進(jìn)入測量區(qū)域時要達(dá)到最高穩(wěn)定車速；然后以此最高速度持續(xù)形式1000m，記錄下所用時間t1；最后以相反方向重復(fù)試驗(yàn)，記錄下所用時間t2.根據(jù)平均速度的計(jì)算公式也得出最高車速。上述步驟多次重復(fù)，根據(jù)多次平均值計(jì)算出最高車速。

（2）加速性能試驗(yàn)

首先將試驗(yàn)車啟動同時打開測速儀，將加速踏板踩到最大，然后換到適當(dāng)檔位，使電動汽車加速；觀察測速儀，直至其達(dá)到既定的速度，記錄這個過程的時間t1；再以相反方向進(jìn)行一次試驗(yàn)，計(jì)算出平均加速度。多次測量取平均值。

3.2.2 常溫下續(xù)航里程測試

該測試的主要目的是測試電動汽車在動力電池充滿電的狀態(tài)下，以一定的行駛工況能連續(xù)行駛的最長距離。試驗(yàn)環(huán)境條件和整車性能測試相同。具體測試過程如下：首先啟動測試車輛并開啟測試設(shè)備；其次將車輛大約加速到40km/h左右，使車保持勻速行駛狀態(tài)；如果行駛過程中車速低于36km/h則停止測試。整個實(shí)驗(yàn)過程可以停車兩次，每次時長不能超過2分鐘，記錄下整個期間的停車次數(shù)和時間。試驗(yàn)完成后，計(jì)算車輛行駛的距離L，該距離即為續(xù)航里程。

3.2.3 持續(xù)爬坡測試

該測試的主要目的是檢驗(yàn)電動汽車電池的持續(xù)大功率供電能力，試驗(yàn)環(huán)境條件和上述類似。具體測試過程如下：將測試汽車停放在坡道點(diǎn)處，開啟汽車和相關(guān)測試設(shè)備，掛一檔開始爬坡；爬坡時最好選擇較高檔位，使整個汽車處于全負(fù)荷狀態(tài)，在確保整個過程安全的情況下盡量以高速行駛到終點(diǎn)。整個過程要測試電池組的相關(guān)性能指標(biāo)，檢測其是否符合電池要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)電動汽車電池組的就似乎特征，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和電動汽車的實(shí)際情況，制定了一套測試電動汽車電池組性能的測試方案，并給出了詳細(xì)的測試過程，經(jīng)過實(shí)踐證明，上述測試方法具有一定的科學(xué)性、合理性。希望這些測試方法能為未來制定完善、科學(xué)合理的測試方案提供參考，提高電動汽車的檢測技術(shù)水平。

[1]中華人民共和國科技部.2008年度HEv用高功率鏗離子動力蓄電池性能測試規(guī)范,“863計(jì)劃”節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目,第5版[S].北京：科技部863現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域辦公室,2009.

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[4]楊朔,何莉萍,鐘志華.電動汽車蓄電池荷電狀態(tài)的卡爾曼濾波估計(jì)[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2012（01）：99-102.

[5]張文亮,武斌,李武峰.我國純電動汽車的發(fā)展方向及能源供給模式的探討[J].上海汽車,2009（04）：54-60.

李文濤（1961—），女，內(nèi)蒙古包頭人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：自動化儀表、兩相流測量技術(shù)。