新能源纯电电动汽车动力电池系统测试验证方法研究

郑榕 郭连杰 闵文骏

广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院 广东 广州 510000

随着我国经济的飞速发展，汽车保有量逐年增加，随之而来的环境污染和能源问题也越发严重，因此低污染和节能的新能源车需求迅速提升。动力电池系统是新能源车的重要组成部分，我国从电池单体、模组以及系统等方面，已逐步形成比较完善的动力电池标准法规体系。本文以当前主流的三元锂离子动力电池系统为研究对象，对当前动力电池系统的测试验证进行综述和总结，为动力电池系统的开发设计奠定基础。

动力电池系统由电池单体、电池管理系统、冷却系统等通过复杂的电连接和机械连接工艺组成，动力电池系统结构极其复杂，因此设计试验验证方面，需要通过对动力电池系统多方面的综合测试进行评价。结合整车对零部件的需求和整车本身的性能及需求，从动力电池系统的电性能、系统功能、热管理、电气及EMC、可靠性、系统壳体保护功能和安全性等7个方面进行系统全面的测试，充分保障动力电池系统运行的各方面性能，从而为提供消费者安全可靠的动力电池系统。

1 电性能试验

动力电池系统的电性能试验主要是验证其是否满足动力电池系统的设计目标，以测试其基本性能为主，以判断动力电池系统是否满足车辆实际需求。主要包括：容量和能量、功率和内阻、无负载容量损失、存储中容量损失、能量效率、峰值充电功率、峰值放电功率、持续充电功率、持续放电功率、HPPC、寿命试验等内容。

2 系统功能试验

电池管理系统的功能主要有数据采集、数据显示、状态估计、数据通讯、安全管理、热管理、故障诊断和能量管理等，动力电池系统的系统功能试验主要是验证电池管理系统的基本功能及采样精度。主要包括：上/下电流程、继电器控制策略、充电策略、绝缘监测、SOX估算、数据策略及精度、限值算法、功能安全、均衡策略、热管理策略、CAN通讯、故障诊断等。通过以上试验的检测，对系统电压、工作电流、最小监控单元的电压、绝缘电阻、温度和荷电状态等重要参数的测量及各项功能的验证，确定该电池系统能够满足系统设计的目标精度。

3 热管理性能试验

动力电池系统受其自身温度计所处环境影响较大，热管理系统通过对电池进行高温散热、低温加热和保温，限制电池的温差和温升等，保证电池组温度的均匀分布，降低单体电池之间的温度差异，保证电池始终在适宜的温度范围内运行，使电池系统达到最佳的性能和寿命并消除电池系统相关的潜在危险。试验主要包括：高温静置、低温静置、冷却性能、加热性能、热管理标定等。通过以上的试验，可以验证热管理系统的各方面参数是否满足设计要求。

4 电气及EMC试验

电气系统可以满足整车高压系统动力电能的传输要求，并确保高压系统安全可靠的运行。为确保电气系统的各方面参数满足设计要求，试验项目主要包括：直流供电电压、过电压、叠加交流电压、供电电压缓降和缓升、供电电压瞬态变化、反向电压、开路电压、短路保护、耐电压、绝缘电阻[1]，此外为确保高压电电磁兼容性，试验项目还包括EMC相关试验等。

5 可靠性试验

为验证动力电池系统在不同使用条件下都可以正常可靠的运行，需进行可靠性试验，如：机械振动、机械冲击、模拟碰撞、温度冲击、湿热循环以及长期的搁置试验。由于动力电池系统的抗冲击和抗振动性能会直接影响电池系统的基本性能、安全性和可靠性等，因此必须进行合理的结构设计，保证其足够的强度和刚度，需满足典型极限工况下电池系统不发生机械损坏、变形、失效等。此外，环境耐久性是新能源汽车的一项重要质量指标，特别是在我国南方湿热、亚湿热气候地区使用时，新能源汽车各部件更容易老化腐蚀失效，影响使用和安全，因此必须进行针对性的设计[2]。

6 系统壳体防护功能试验

动力电池系统是一个内部具有大量能量的电子产品，通常其电压都超过安全电压DC60V，一旦有液体进入电池包内，很可能造成电池系统功能异常，甚至发生失效，比如短路、起火和爆炸等情况。因此需要对系统壳体防护功能进行测试，以确保动力电池系统的壳体保护功能和壳体耐腐蚀功能满足设计要求，保证汽车正常安全行驶。主要测试有：防水、防尘、IPXXB、IPXXD、碎石冲击和耐腐蚀等。

7 安全性试验

电池的安全性是其能否用于新能源车的前提，目前电池能量密度已达到120～250Wh/kg，未来还会进一步提高。电池系统的高能量密度存在潜在的电化学不稳定和热失控危险，若发生热失控，短时间内电池系统产生高额热量，高温还会引起电池内部各种副反应的发生，恶性循环后果将不堪设想。因此对于动力电池系统，提升它的安全性变得尤其重要，除了保证正常使用下电池系统的安全，还需保证新能源车发生交通事故的情况下电池系统的安全性，因此需要进行各方面的安全性能试验，主要包括：跌落、翻转、模拟碰撞、挤压、温度冲击、湿热循环、海水浸泡、外部火烧、盐雾、高海拔、过温保护、短路保护、过充电保护和过放电保护等[3]。相关试验后的电池包应该满足连接可靠、结构完好，未泄漏、外壳未见破裂、未着火、未爆炸。

以上7个方面的开发性验证测试[4]，可以从各方面验证电池系统是否满足设计功能要求，是当前新能源汽车厂对动力电池系统的主要验证试验项。试验认可要求通常在满足整车性能需求、国标及企标的基础上提出，从而对动力电池进行系统全面的测试和评价，确保动力电池系统满足设计功能，实现设计目标。