在用電動汽車綜合性能測試方案研究

邢博 于津濤

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司）

隨著電動汽車保有量的快速增長，在用車輛的安全運行狀況愈發(fā)受到重視。此外，動力電池的報廢周期一般約在5~8年，新能源車用動力電池目前已經(jīng)逐步進入報廢期[1]。動力電池報廢回收，以及后續(xù)在用新能源車輛的報廢機制問題，都使得對在用電動車輛的實際運行性能的檢測迫在眉睫。目前針對新能源車輛的測試主要集中在研發(fā)生產(chǎn)和出廠前的測試。專業(yè)的車輛評價機構(gòu)針對市場的電動車輛的測試也更注重于某些項目的深入評價，且部分測試帶有破壞性。試驗的目的主要是為了檢驗車輛的設(shè)計生產(chǎn)缺陷而非在用車輛的運行性能。

1 在用電動汽車檢測現(xiàn)狀

1.1 政策標準現(xiàn)狀

目前市場上在用汽車的檢測主要由汽車綜合性能檢測站負責，標準參照GB 21861—2014《機動車安全技術(shù)檢驗項目和方法》和GB 18565—2016《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》。2項標準未對電動汽車三電系統(tǒng)做針對性要求，且對在用電動汽車檢驗方面無強制性要求，檢測站一般按傳統(tǒng)車輛進行快速檢測，確保車輛運行狀態(tài)和行駛安全。

電動汽車的整車檢測目前主要依賴于生產(chǎn)廠商和專業(yè)第三方檢測機構(gòu)，一般參照車輛生產(chǎn)企業(yè)的下線出廠檢測流程和GB/T 18384《電動汽車安全要求》進行測試。該標準主要是針對汽車生產(chǎn)企業(yè)在車輛生產(chǎn)下線過程的檢測制定，難以滿足市面在用車輛的普遍檢測。

GB/T 35179《在用電動汽車安全行駛性能臺架檢驗方法》是目前發(fā)布的唯一一項針對在用電動汽車檢驗的國家標準。標準規(guī)定了常規(guī)檢測、電氣安全、驅(qū)動能力、電能消耗、動力蓄電池系統(tǒng)及車內(nèi)電磁環(huán)境6類檢測項目。

1.2 測試技術(shù)現(xiàn)狀

目前電動汽車測試的研究主要集中于研發(fā)生產(chǎn)測試，在用電動汽車測試的研究較少，雖然部分項目存在少量方案和設(shè)備，但受限于檢測站的技術(shù)能力和定位。目前尚未有成熟的針對在用電動汽車的快速、自動檢驗的完成方案、規(guī)程和裝備，需要對當前存在的測試項目和技術(shù)方案進行整合梳理，使之適用于在用電動汽車測試。

GB/T 18384中通過接入車輛電力系統(tǒng)回路進行電氣安全測試，包括車輛絕緣、耐壓、電位均衡和絕緣監(jiān)控，需要改造線束或預(yù)留測試接口。動力電池測試一般通過充電設(shè)備進行多次慢充滿放，測試準確但耗時極長，部分企業(yè)初步研發(fā)了電池包容量快速測試裝備，測試時間在十多分鐘。

相較于在用電動汽車測試方面的稚嫩，電動汽車研發(fā)生產(chǎn)測試經(jīng)過近幾年的發(fā)展已經(jīng)相對成熟。各主機廠的產(chǎn)線檢測設(shè)備和試驗室研發(fā)測試裝備都可以很好地對電動汽車進行全面深度的檢測，部分項目會成為在用電動汽車檢測的發(fā)展方向。這些檢測項目及測試方案對于在用車輛的檢測都具有極大的借鑒參考意義。

2 在用電動汽車檢測方案

2.1 總體方案

本研究以儀器檢測為主，結(jié)合人工、數(shù)據(jù)分析等多層次方法，檢測項目如圖1所示，分為整車電安全、電池、電驅(qū)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)4部分，從功能測試、性能測試、安全測試3個層面，將測試項目分為一般測試項和參考測試項目。需要說明的是，檢測內(nèi)容應(yīng)額外包括現(xiàn)行汽車的測試項目。

圖1 檢測項目

一般測試項目符合普適和快速原則，無需通信協(xié)議或可以采用國標協(xié)議，測試周期較短，適合汽車綜合檢測站等社會檢測機構(gòu)對在用電動汽車進行運行安全性能的測試。一般測試項目分為儀器測試和人工測試2類，儀器測試需要借助專用儀器進行測試，人工測試無需借助儀器，可采用目視或者操作等方式進行檢驗。

參考測試項目表示該項目針對在用車輛的測試存在非通用的先決條件或測試時間很長，但測試具備意義，后續(xù)待相關(guān)法規(guī)完善，可以通過該類項目進行更為全面的測試。其中電磁環(huán)境在非專業(yè)測試環(huán)境下干擾很大，這里列為參考項。

2.2 檢測流程

流程規(guī)劃需要對測試所需設(shè)備和操作進行工位歸類，部分無現(xiàn)有測試設(shè)備的項目按新作設(shè)備進行歸類[2，3]。歸納設(shè)備需求包括：安規(guī)檢查設(shè)備、在用電池包測試設(shè)備、底盤測功機設(shè)備、充電樁及電裝檢查設(shè)備。

按被測車輛的狀態(tài)可以將測試分為車輛初始態(tài)數(shù)據(jù)、上電數(shù)據(jù)和運動數(shù)據(jù)測試。車輛初始和上電狀態(tài)處于靜止狀態(tài)，運動數(shù)據(jù)必須在空曠地段或輔以測功機。檢測線流程規(guī)劃如圖2所示，遵守先安規(guī)再上電，先靜態(tài)再動態(tài)，先靜止再運動的規(guī)則進行。

圖2 檢測流程圖

在用電動汽車靜止狀態(tài)進行人工檢查，然后設(shè)備進行整車電安全檢查，通過后開始上電，測試絕緣監(jiān)測指示以及車輛絕緣監(jiān)測驗證。電磁環(huán)境通過電磁輻射測量儀進行測試。

電池測試先進行快充協(xié)議的匹配讀取電池靜態(tài)狀態(tài)和靜態(tài)熱安全數(shù)據(jù)，然后開始充電，測試快充性能及動態(tài)熱安全，經(jīng)短時充電估算電池包衰減性能。具備條件的進行慢充充電測試，也可通過充電樁實現(xiàn)慢充檢查。

在充電槍連接狀態(tài)進行連接裝置鎖止測試。然后進入底盤測功機工位，進行操控測試和電驅(qū)測試。完成電驅(qū)測試后針對具備通信協(xié)議的車輛進行電裝檢查，檢查車輛狀態(tài)、指令操作和車輛故障碼。此外在用電動汽車還應(yīng)進行傳統(tǒng)汽車的檢測項目。

2.3 檢測項目及方案分析

2.3.1 部分測試項目要求部分測試項目要求如表1所示。

表1 測試項目及要求（部分）

電驅(qū)測試和電控測試的操作同時進行。操控測試按照啟動、轉(zhuǎn)向、擋位切換、加速、定速、減速、制動優(yōu)先、制動、反向行駛、駐車及附件操作順序進行。在加速狀態(tài)，當驅(qū)動力高于規(guī)定加載力后，記錄10 s的車輛功率、扭力及車速，實現(xiàn)車輛驅(qū)動力測試。加速狀態(tài)通過調(diào)整測功機模擬車輛爬坡性能。在定速狀態(tài)底盤測功機記錄車輛的車速，進行車輛穩(wěn)定行駛能力測試。

電控測試由于協(xié)議的問題較難測試，主要由人工進行。如具備協(xié)議，借鑒電動汽車產(chǎn)線EOL測試，通過協(xié)議CAN數(shù)據(jù)比對判斷車輛狀態(tài)，包含車輛靜態(tài)狀態(tài)和指定執(zhí)行。

2.3.2 部分技術(shù)方案

目前電池包生產(chǎn)企業(yè)主要采用充放電設(shè)備對電池包進行多次循環(huán)的全充全放，來實現(xiàn)對電池包充放電、容量衰減、溫度等性能的全面檢測，試驗持續(xù)數(shù)天。通過大量充放電試驗和BMS開發(fā)技術(shù)得知，充放電累積電量與SOC變化為線性關(guān)系，只在SOC接近0及100%有波動，其余階段線性度良好。因此可以采用短時充電的SOC變化和累積電量來估算電池包實際容量。通過試驗對不同SOC區(qū)域進行5 min、10 min、15 min及20 min充電然后進行估算，結(jié)果表明SOC處于20%～80%階段，充電時間15～20 min，估算效果較好。電池包容量測試用電流電壓測試裝置串聯(lián)在充電機和電動汽車之間，測量記錄充電過程電流電壓,估算出電池容量，再根據(jù)銘牌容量計算出電池包衰減。對于電池包容量測試方案，聯(lián)合廠商進行了設(shè)備試制，并對市面的在用電動汽車做了大量測試試驗，試驗結(jié)果表明,該方案能夠滿足在用電動汽車電池包容量檢測需求[4-9]。

電安全中絕緣檢測應(yīng)當先測絕緣后上電。但車輛處于未上電狀態(tài)時，回路繼電器斷開，無法測試整車回路。因此由測試設(shè)備接管車輛回路電源，提供12 V或24 V供電，控制車輛回路上的繼電器閉合。目前已有部分測試設(shè)備企業(yè)參照此類方案進行試驗，實現(xiàn)車輛內(nèi)部回路的安規(guī)測試。

3 評價體系

為實現(xiàn)在用電動汽車全面、有效及科學的評估，從功能指標、性能指標和安全指標構(gòu)建多維安全評估體系，得出綜合評估結(jié)果，如圖3所示。

圖3 在用電動汽車評估體系

4 結(jié)論

通過了解電動車輛生產(chǎn)及測試標準，梳理在用電動汽車檢測標準政策和檢測技術(shù)，調(diào)研在用機動車輛檢測標準及流程，結(jié)合電動汽車生產(chǎn)研發(fā)檢測技術(shù)，形成可行的在用電動汽車檢測整體方案。包括檢測內(nèi)容、檢測設(shè)備、檢測流程及評估體系，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)做了部分研究。

但本研究也尚存在一些不足，由于周期和技術(shù)問題，對電驅(qū)和電控的方案沒有做方案的試驗驗證，也沒有通過試制裝備對方案進行深入的實現(xiàn)難點分析。由于形成的方案試驗測試不足、試驗數(shù)據(jù)不足導致無法將技術(shù)指標進一步優(yōu)化，這些都需要在后續(xù)的工作中逐步完善。