动力电池单体性能快速评价研究

何志辉，闫国丰，王记磊，邹兴华

(1.广东省珠海市质量计量监督检测所，广东珠海 519000；2.中国第一汽车股份有限公司，吉林长春 130025)

0 引言

新能源汽车已成为世界各国政府和各大汽车公司关注和研究的焦点。随着新能源汽车向实用化、产业化、商品化方向的不断发展,电动汽车势必将成为首选的交通工具[1]。动力电池是电动车的核心部件之一,其技术水平一直是新能源汽车发展的瓶颈。

目前动力电池主要为锂离子电池和镍氢电池等。不同类型的电池有着不同的优缺点[2]，其特性参数也存在差异。即使同一种类电池，由于设计理念、生产工艺的差异，电池性能差别很大。这就需要根据整车的实际需求对电池进行正确的评价和选择。目前，对动力电池性能评价的方法较多，但大多复杂且测试时间较长[3]。本文作者通过对动力电池的主要性能指标进行测试，快速完成对电池的评价。通过对动力电池的性能进行快速评价研究，为完善动力电池评价体系的建立奠定了基础。

1 制定快速评价项目和方法

1.1 性能测试项目的确定

动力电池单体性能测试项目[4-5]有很多，如容量测试、倍率放电性能、倍率充电性能、功率性能、温度放电性能、温度充电性能、自放电/荷电保持能力、ACR交流阻抗、循环寿命、日历寿命等。根据动力电池在整车上的实际应用，确定动力电池单体主要性能测试项目为：容量测试、倍率放电性能、倍率充电性能、功率性能、温度放电性能、温度充电性能。对动力电池单体性能快速评价依据这6个项目开展测试。

1.2 性能快速评价测试方法

动力电池单体性能快速评价测试方法见表1。测试过程中采集时间、温度、电流和电压等数据，采样时间根据具体情况而定。

表1 性能快速评价测试方法

2 评价试验

2.1 快速评价的样品

快速评价的动力电池单体样品来自不同电池厂家，详细信息见表2。

表2 动力电池单体详细信息

2.2 快速评价试验的典型曲线

按照表1测试项目，对上述动力电池单体进行试验。其容量测试曲线、倍率充/放电测试曲线、功率性能曲线、温度充/放电曲线分别如图1—图7所示。

图1 EV电池1/3C放电曲线

图2 EV电池5C放电曲线

图3 EV电池3C充电曲线

图4 EV电池放电比功率曲线

图5 EV电池充电比功率曲线

图6 EV电池-20 ℃放电曲线

图7 EV电池-20 ℃充电曲线

3 结果及分析

3.1 容量测试

容量测试结果分析如图8—图11所示。

图8 EV电池质量比能量比较

图9 EV电池体积比能量比较

由图8、图9可知，EV电池的质量比能量的平均值为124.4，除H、G、B电池外，其他几家电池的质量比能量均低于平均值。质量比能量较高的电池从高到低的排序依次为：H、G、B电池。采用类似的方法，对体积比能量较高的电池从高到低依次为：G、H、B、E、A。

图10 PHEV电池质量比能量比较

图11 PHEV电池体积比能量比较

由图10、图11可知，PHEV电池的质量比能量的平均值为118.1，除J-2、H、J-1、E电池外，其他几家电池的质量比能量均低于平均值。质量比能量较高的电池从高到低的排序依次为：J-2、H、J-1、E电池。采用类似的方法，对体积比能量较高的电池从高到低依次为：H、I、F-2、B。

3.2 倍率放电性能

倍率放电性能结果分析如图12、图13所示。

图12 EV电池倍率放电性能比较

图13 PHEV电池倍率放电性能比较

由图12可知，EV电池的倍率放电性能，F低于平均水平，该项性能指标较差，其余7家电池的倍率放电性能从高到低依次为：A、E、B、G、D、C、H。

由图13可知，PHEV电池的倍率放电性能，H和F-1低于平均水平，该项性能指标较差，其余7家电池的倍率放电性能从高到低依次为：I、B、A、J-1、E、F-1、J-2。

3.3 倍率充电性能

倍率充电性能结果分析如图14、图15所示。

图14 EV电池倍率充电性能比较

图15 PHEV电池倍率充电性能比较

由图14、图15可知，EV电池的倍率充电性能均很好，PHEV电池的倍率充电性能也都很好。

3.4 功率性能

功率性能结果分析如图16、图17所示。

图16 EV电池质量比功率比较

图17 PHEV电池质量比功率比较

由图16可知，EV电池的质量比功率的平均值为1 219.6，除G、H、E、C电池外，其他几家电池的质量比功率均低于平均值。质量比功率较高的电池从高到低依次为：G、H、E、C。

由图17可知，PHEV电池的质量比功率的平均值为1 412.1，除J-2、J-1、E、B、H电池外，其他几家电池的质量比功率均低于平均值。质量比功率较高的电池从高到低依次为：J-2、J-1、E、B、H电池。

3.5 温度放电性能

温度放电性能结果分析如图18、图19所示。

图18 EV电池温度放电性能比较

图19 PHEV电池温度放电性能比较

由图18可知，EV电池的常温、高温放电性能均较好，低温放电性能差别很大。低温放电容量比率平均值为73.16%，除E、H、F、D电池外，其他几家电池的低温放电性能均低于平均值。低温放电性能较高的电池从高到低依次为：E、H、F、D。

由图19可知，PHEV电池的常温、高温放电性能较好，低温放电性能差别很大。低温放电容量比率平均值为72.35%，除J-1、E、H、J-2、F-1电池外，其他几家电池的低温放电性能均低于平均值。低温放电性能较高的电池从高到低依次为：J-1、E、H、J-2、F-1。

3.6 温度充电性能

温度充电性能结果分析如图20、图21所示。

图20 EV电池温度充电性能比较

图21 PHEV电池温度充电性能比较

由图20可知，EV电池的常温、高温充电性能均较好，低温充电性能差别很大。低温充电容量比率平均值为71.79%，除G、A、H、D电池外，其他几家电池的低温充电性能均低于平均值。低温充电性能低于平均值的，认为该项性能指标较差。低温充电性能较高的电池从高到低依次为：G、A、H、D。

由图21可知，PHEV电池的常温、高温充电性能均较好，低温充电性能差别很大。低温充电容量比率平均值为43.44%，除J-2、F-1、E、F-2电池外，其他几家电池的低温充电性能均低于平均值。低温充电性能低于平均值的，认为该项性能指标较差。低温充电性能较高的电池从高到低依次为：J-2、F-1、E、F-2。

3.7 电池单体性能对比分析

通过快速评价，对多家国内外知名电池厂家的电池单体进行测试和分析，分别得出了EV电池单体性能指标排序表(表3)和PHEV电池单体性能指标排序表(表4)。此表已成功指导了某EV车型电池总成的开发和PHEV电池总成的开发。

EV电池更注重能量、温度性能指标；PHEV电池则更注重功率性能、温度性能、倍率性能指标。从电池单体性能指标排序表(表3、表4)中可以看出：EV电池单体综合性能最好的为H，其次为G；PHEV电池单体综合性能最好的为J-2，其次为E。

表3 EV电池单体性能指标排序

表4 PHEV电池单体性能指标排序

4 结束语

为了建立一套快速科学低成本的动力电池单体性能评价体系，文中分别对动力电池单体测试项目和测试方法进行了精简和优化。结果表明，从功率﹑倍率和温度特性这3个维度进行测试，不仅能够对动力电池单体综合性能进行比较科学的评价，还能缩短测试评价的时间和成本。