电动汽车电池组性能测试研究

2014-04-28李文涛宋一峰

山东工业技术 2014年16期

关键词：电池组容量电动汽车

李文涛,宋一峰

（内蒙古科技大学,内蒙古包头 014010）

电动汽车电池组性能测试研究

李文涛,宋一峰

（内蒙古科技大学,内蒙古包头 014010）

为了解决目前电动汽车的核心组成部件电池组的性能测试问题，内容首先分析了电池组的技术特点，提出了对其性能进行测试的方案，分析了电池组性能测试方法。实践证明：提出的测试方案和方法具有一定的科学性、合理性。

电动汽车；电池组；性能测试

汽车的出现给人类的生活带来了巨大的便利，然而汽车在使用过程中对能源的消耗和环境污染的负面作用严重影响了人类社会和汽车产业的可持续发展，研制开发高性能的电动汽车势在必行。汽车电池组是电动汽车的核心部分，直接决定着电动汽车的多项性能，要获得电池组的各项技术参数，高效、准确的测试是十分关键的。笔者结合多年的实践经验，对电动汽车电池组的性能测试进行探究。

1 电动汽车电池组的技术特点

1.1 储能设备多数为超级电容器

目前我国电动汽车的广泛使用的主要储能设备为超级电容器，与其它储能设备相比，超级电容器具有下述优点：第一，充电时间短、速度快；第二，循环使用寿命相对较长；第三，功率密度大；第四，安全系数相对较高；第五，能耗低，环保性强。

1.2 输入电压值较高

从技术含量来说，若电动汽车电池组的电压越高，其性能和经济性就会越好，但高压电动车生产难度系数比较高，生产过关的厂家屈指可数，目前多数电动汽车的输入电压通常为100-600V。

2 电动汽车电池性能测试方案设计

目前电动汽车常用的动力电池主要包括以下几种：铅酸蓄电池、新空气蓄电池、理离子蓄电池及燃料电池等，不同种类的电池具有不同的原理和结构，然而作为电动汽车的动力电池，其基本性能都要符合车辆行驶对电池的要求。基于此，借鉴国内外的经验和电动汽车的具体情况，通常将电池性能测试方案分为室内测试方案和道路工况测试方案，具体如下图1所示。

图 1 电池性能测试方案

3 电动汽车电池综合性能测试方法

3.1 室内测试

室内测试主要是指在实验室内通过设备测试电池组的某些性能，主要包括以下几个项目：耐久能力测试、静态测试、荷电保持能力测试、快速充放电测试、和耐振动测试等。

3.1.1 静态测试

静态测试主要是通过相关设备对新电池组的外观、极性、规格和质量等进行检测，所用方法主要是目测、电压表、万用表等。

3.1.2 快速充电接受能力测试

对于不同类型、不同厂家生产的电池，由于制作工艺和材料的差异，会使其充电能力存在一定差异。而电池的快速充电能力与电动汽车的使用效果存在直接关系，因此必须对其进行测试。测试步骤如下：第一步，在20°C左右的温度下，以I3（A）对电池进行放电直到终止电压为1.65V/单体；第二步，放电结束后，开始以6I3（A）对电池进行恒流充电，直到截止电压，完成后持续进行恒压充电，两个过程的充电时间总计1小时；第三步，再以I3（A）开始放电，直到电压为1.65V/单体，记下整个过程所用时间t0，用此数值乘以放电电流I3所得的数值就是快速充电容量Ck，通常要求CK不低于额定容量的70%。

3.1.3 3h率额定容量测试

电池的额定容量反映了电池对外供电能力的好坏，是检验电池质量的关键指标。通常测定3h率额定容量，是指在20°左右的温度下，电池放电能达到的最低电量。通过对电池容量的测试可判断其是否符合国家标准。具体测试步骤如下：第一步，将电池充满电，在20°C左右的温度中静止放置5个小时；第二步，以I3（A）电流恒放电流知道1.65V/单体，记录下相关时间，用放电电流I3乘以整个过程所用时间，所得结果就是电池容量C3h，通常要求C3h超过额定容量的90%。

3.1.4 循环耐久能力测试

循环耐久能力测试是指电池的容量在降低到某个固定值时，总共完成的充放电循环次数。如果充放电次数越多，说明电池的耐久性能越高，使用寿命也会越长，循环耐久能力也可认为是电池寿命的衡量指标。具体测试步骤如下：第一步，在电池充电结束后，以1.5I3（A）的电流进行放电，持续时间长度为1.6h；第二步，以恒压24V/单体、1.5I3（A）充电4h，这是一个循环过程；第三步，重复上述步骤，直到电池容量最终降低到额定容量的80%，通常要求在这个过程中充放电的循环次数不低于400次。

3.1.5 冲击、挤压测试

冲击、挤压测试是指电动汽车在行进途中，由于刹车、碰撞等使电池撞击托架而造成的变形的测试。具体测试步骤如下：第一步，将要测试的电池放置在两个钢板之间，通过台钳等工具对电池施加大约13kN的挤压力，一达到此数值，立即放开台钳；第二步，将电池放置在实验台上，在其中部部位放置一个钢棒，让具有一定质量的物体从电池上方落下，砸在钢棒上，钢棒会对下面的电池产生作用力，试验完成后观察电池是否出现破裂、电解液渗漏等状况。

3.1.6 耐振动能力测试

电动汽车在行进途中通常会出现颠簸情况，组成电池的内部结构，如极板、隔板、电解液等在颠簸时很可能出现变形、脱落等现象，为了确保电池在电动汽车运行过程中使用的安全性和可靠性，必须对电池的耐振动能力进行测试。具体测试步骤如下：第一步，在20°C左右的温度下，将电池紧固在振动台上；第二步，设定振动频率在30-35Hz之间，闭合开关，让振动台开始振动，最大加速度为30m/s2，持续两个小时。在试验结束后，检测电池两端端电压是否出现异常，电池有无损伤，电解液是否渗漏等。

3.1.7 荷电保持能力测试

荷电保持能力是指电动汽车的电池在完全开路的情况下，容量保存性能。具体测试步骤如下：第一步，将完全充满电后的电池静止放置在温度为20°C左右的环境中，持续时常大约5个小时；第二步，采用3h率额定容量测试方法对其进行测试，记录测试结果C1；第三步，对电池进行完全充电，充电完成后将电池静止放置在20°C左右的环境中，持续时间为28天；第四步，记录下经过28天后电池的额定容量C2，通常要求C2的数值要超过储存前C1的85%。

3.2 道路测试

道路测试只要是测试电动车电池在行进途中在不同工况下的各种性能，如放电容量、特性及电池一致性等。放电容量的测试可以根据电池一次充满电后在特定速度下的续航里程来描述；放电特性通常是通过电池端电压衰减率和温升率来描述，端电压衰减率是指每经过一小时端电压的衰减量具体计算公式如下式（1）所示：

电池一致性是根据电压、内阻及容量变化的一致性来描述。若是多个电池串联，电池整体的一致性评价可根据电池电压差异系数来进行评价，具体计算公式如下式（3）所示：

3.2.1 整车动力性测试

对电动汽车进行整车动力测试的根本目的在于检测电池能否满足汽车设计的动力需要。整车性能测试对外界环境要求比较高，具体要求如下：环境温度约为20°C左右，风速不超过5m/s，场地为直线或环形跑道；路面要具有良好的附着系数和干燥、平整。直线跑道的距离要不少于1000m，确保有足够长的加速区域，以便电动汽车在进行测速时能够达到最高稳定车速；纵向坡度要低于0.5%；实验前，将电池充满电，散热器内要加满冷却液。具体测试分为两个部分：最高车速试验和加速性能试验。

（1）最高车速试验

首先启动电动汽车，逐步进行加速，务必确保进入测量区域时要达到最高稳定车速；然后以此最高速度持续形式1000m，记录下所用时间t1；最后以相反方向重复试验，记录下所用时间t2.根据平均速度的计算公式也得出最高车速。上述步骤多次重复，根据多次平均值计算出最高车速。

（2）加速性能试验

首先将试验车启动同时打开测速仪，将加速踏板踩到最大，然后换到适当档位，使电动汽车加速；观察测速仪，直至其达到既定的速度，记录这个过程的时间t1；再以相反方向进行一次试验，计算出平均加速度。多次测量取平均值。

3.2.2 常温下续航里程测试

该测试的主要目的是测试电动汽车在动力电池充满电的状态下，以一定的行驶工况能连续行驶的最长距离。试验环境条件和整车性能测试相同。具体测试过程如下：首先启动测试车辆并开启测试设备；其次将车辆大约加速到40km/h左右，使车保持匀速行驶状态；如果行驶过程中车速低于36km/h则停止测试。整个实验过程可以停车两次，每次时长不能超过2分钟，记录下整个期间的停车次数和时间。试验完成后，计算车辆行驶的距离L，该距离即为续航里程。

3.2.3 持续爬坡测试

该测试的主要目的是检验电动汽车电池的持续大功率供电能力，试验环境条件和上述类似。具体测试过程如下：将测试汽车停放在坡道点处，开启汽车和相关测试设备，挂一档开始爬坡；爬坡时最好选择较高档位，使整个汽车处于全负荷状态，在确保整个过程安全的情况下尽量以高速行驶到终点。整个过程要测试电池组的相关性能指标，检测其是否符合电池要求。