蓄电池的充放电效率与内阻测试方法及应用*

2022-11-07陶其铭

汽车电器 2022年9期

陶其铭，陈杰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥 230092）

近20年来汽车电子电器发展如火如荼，随着电子信息技术和汽车制造业的不断变革，汽车电子电器技术对车辆的各项性能产生重要影响。据相关机构统计分析，目前汽车的创新70%来源于汽车电子产品，电子产品成本占整车比例已经从20世纪70年代的4%，成长到现在的30%左右。这一数据未来仍将进一步提升，预期到2030年该比例将可达到50%。随着车辆电子电器件的配置越来越丰富，整车的用电需求也随之增加，铅酸蓄电池作为汽车的辅助电源，其充放电效率会大大影响到车辆电子器件的使用，进一步影响到整车性能。因此对蓄电池的充放电效率的测试与内阻监测对整车能量的系统管理有着重大意义。

1 蓄电池供电原理介绍

铅酸蓄电池作为汽车的辅助电源和发电机是并联工作，如图1所示。在发电机不工作时，例如启动发动机、汽车处于驻车等情况下，蓄电池为汽车提供电能；当汽车发动机启动，发电机开始工作之后，蓄电池作为一个用电负载开始消耗电能。

图1 汽车供电原理示意图

当铅酸蓄电池作为电源放电的时候，蓄电池内部有如下化学反应。

当铅酸蓄电池作为用电负载消耗电能的时候，蓄电池内部有如下化学反应。

铅酸蓄电池充放电过程的实质就是先将电能通过化学反应转换为化学能存储在蓄电池中，再通过化学反应将化学能转换为电能输出。由于电能-化学能-电能这个过程经历了两个化学变化，再加上其它因素影响，中间会有部分能量耗散，且在放电或者充电的过程当中，蓄电池的内阻也分别与蓄电池当前SOC存在一个关系。

2 蓄电池充放电效率与内阻测试原理

本试验测试原理是利用IBS（智能电池传感器）测试采集蓄电池电路的电压、电流并通过上位机保存这些数据，利用采集到的数据经过处理后分别求出放电过程中的放电量Q和放电能量E以及充电过程中的充电量Q和充电能量E，其中电量由电流对时间进行积分运算得到，能量由电流与电压乘积（功率），再对时间积分得到，通过公式η=Q/Q以及η=E/E分别求出容量效率和能量效率。

通过处理蓄电池完全放电试验数据（完全充电试验数据）获得任意时刻蓄电池当前SOC及其对应内阻，进而获得完全放电过程中（完全充电过程中）蓄电池内阻与蓄电池SOC之间的关系。其中放电过程蓄电池任意时刻内阻计算公式如下所示。

R=（V-V）/I

式中：V——蓄电池开路电压；V——蓄电池放电时测到的蓄电池正负极柱之间的电压；I——蓄电池放电电流大小。

充电过程蓄电池内阻计算公式如下式所示。

R=V/I

式中：V——蓄电池充电时测到的蓄电池正负极柱之间的电压；I——蓄电池充电时电流大小。

1）整车环境下蓄电池充放电效率测试方法：蓄电池在满足试验准备条件并且发动机未启动情况下开启给定用电负载，放出一定电量后，关闭开启的用电负载并启动发动机保持怠速情况开始充电，直至蓄电池的状态再次达到预定的状态，关闭发动机，关闭汽车电源，一组试验结束。

2）实验室台架上蓄电池充放电效率测试：蓄电池在满足试验准备条件的情况下，使用放电仪以一定电流让蓄电池放电，放出一定电量后，关闭放电仪并使用充电电源给蓄电池开始充电，直至蓄电池的状态再次达到预定的状态，一组试验结束。

3）实验室台架上蓄电池内阻与SOC关系测试：蓄电池在满电情况下用一个外接恒定阻值负载进行放电，直至蓄电池端电压降到10.5V停止放电；然后使充电电源以与整车发电机输出电压相等的电压对蓄电池进行恒压限流充电，直至蓄电池满电（一般以该电压下充电电流达到1.2A蓄电池为满电）停止充电，一组试验结束。3 蓄电池测试数据及应用