李文濤,宋一峰

（內蒙古科技大學,內蒙古 包頭 014010）

電動汽車電池組性能測試研究

李文濤,宋一峰

（內蒙古科技大學,內蒙古 包頭 014010）

為了解決目前電動汽車的核心組成部件電池組的性能測試問題，內容首先分析了電池組的技術特點，提出了對其性能進行測試的方案，分析了電池組性能測試方法。實踐證明：提出的測試方案和方法具有一定的科學性、合理性。

電動汽車；電池組；性能測試

汽車的出現(xiàn)給人類的生活帶來了巨大的便利，然而汽車在使用過程中對能源的消耗和環(huán)境污染的負面作用嚴重影響了人類社會和汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，研制開發(fā)高性能的電動汽車勢在必行。汽車電池組是電動汽車的核心部分，直接決定著電動汽車的多項性能，要獲得電池組的各項技術參數(shù)，高效、準確的測試是十分關鍵的。筆者結合多年的實踐經(jīng)驗，對電動汽車電池組的性能測試進行探究。

1 電動汽車電池組的技術特點

1.1 儲能設備多數(shù)為超級電容器

目前我國電動汽車的廣泛使用的主要儲能設備為超級電容器，與其它儲能設備相比，超級電容器具有下述優(yōu)點：第一，充電時間短、速度快；第二，循環(huán)使用壽命相對較長；第三，功率密度大；第四，安全系數(shù)相對較高；第五，能耗低，環(huán)保性強。

1.2 輸入電壓值較高

從技術含量來說，若電動汽車電池組的電壓越高，其性能和經(jīng)濟性就會越好，但高壓電動車生產(chǎn)難度系數(shù)比較高，生產(chǎn)過關的廠家屈指可數(shù)，目前多數(shù)電動汽車的輸入電壓通常為100-600V。

2 電動汽車電池性能測試方案設計

目前電動汽車常用的動力電池主要包括以下幾種：鉛酸蓄電池、新空氣蓄電池、理離子蓄電池及燃料電池等，不同種類的電池具有不同的原理和結構，然而作為電動汽車的動力電池，其基本性能都要符合車輛行駛對電池的要求?；诖?，借鑒國內外的經(jīng)驗和電動汽車的具體情況，通常將電池性能測試方案分為室內測試方案和道路工況測試方案，具體如下圖1所示。

圖 1 電池性能測試方案

3 電動汽車電池綜合性能測試方法

3.1 室內測試

室內測試主要是指在實驗室內通過設備測試電池組的某些性能，主要包括以下幾個項目：耐久能力測試、靜態(tài)測試、荷電保持能力測試、快速充放電測試、和耐振動測試等。

3.1.1 靜態(tài)測試

靜態(tài)測試主要是通過相關設備對新電池組的外觀、極性、規(guī)格和質量等進行檢測，所用方法主要是目測、電壓表、萬用表等。

3.1.2 快速充電接受能力測試

對于不同類型、不同廠家生產(chǎn)的電池，由于制作工藝和材料的差異，會使其充電能力存在一定差異。而電池的快速充電能力與電動汽車的使用效果存在直接關系，因此必須對其進行測試。測試步驟如下：第一步，在20°C左右的溫度下，以I3（A）對電池進行放電直到終止電壓為1.65V/單體；第二步，放電結束后，開始以6I3（A）對電池進行恒流充電，直到截止電壓，完成后持續(xù)進行恒壓充電，兩個過程的充電時間總計1小時；第三步，再以I3（A）開始放電，直到電壓為1.65V/單體，記下整個過程所用時間t0，用此數(shù)值乘以放電電流I3所得的數(shù)值就是快速充電容量Ck，通常要求CK不低于額定容量的70%。

3.1.3 3h率額定容量測試

電池的額定容量反映了電池對外供電能力的好壞，是檢驗電池質量的關鍵指標。通常測定3h率額定容量，是指在20°左右的溫度下，電池放電能達到的最低電量。通過對電池容量的測試可判斷其是否符合國家標準。具體測試步驟如下：第一步，將電池充滿電，在20°C左右的溫度中靜止放置5個小時；第二步，以I3（A）電流恒放電流知道1.65V/單體，記錄下相關時間，用放電電流I3乘以整個過程所用時間，所得結果就是電池容量C3h，通常要求C3h超過額定容量的90%。

3.1.4 循環(huán)耐久能力測試

循環(huán)耐久能力測試是指電池的容量在降低到某個固定值時，總共完成的充放電循環(huán)次數(shù)。如果充放電次數(shù)越多，說明電池的耐久性能越高，使用壽命也會越長，循環(huán)耐久能力也可認為是電池壽命的衡量指標。具體測試步驟如下：第一步，在電池充電結束后，以1.5I3（A）的電流進行放電，持續(xù)時間長度為1.6h；第二步，以恒壓24V/單體、1.5I3（A）充電4h，這是一個循環(huán)過程；第三步，重復上述步驟，直到電池容量最終降低到額定容量的80%，通常要求在這個過程中充放電的循環(huán)次數(shù)不低于400次。

3.1.5 沖擊、擠壓測試

沖擊、擠壓測試是指電動汽車在行進途中，由于剎車、碰撞等使電池撞擊托架而造成的變形的測試。具體測試步驟如下：第一步，將要測試的電池放置在兩個鋼板之間，通過臺鉗等工具對電池施加大約13kN的擠壓力，一達到此數(shù)值，立即放開臺鉗；第二步，將電池放置在實驗臺上，在其中部部位放置一個鋼棒，讓具有一定質量的物體從電池上方落下，砸在鋼棒上，鋼棒會對下面的電池產(chǎn)生作用力，試驗完成后觀察電池是否出現(xiàn)破裂、電解液滲漏等狀況。

3.1.6 耐振動能力測試

電動汽車在行進途中通常會出現(xiàn)顛簸情況，組成電池的內部結構，如極板、隔板、電解液等在顛簸時很可能出現(xiàn)變形、脫落等現(xiàn)象，為了確保電池在電動汽車運行過程中使用的安全性和可靠性，必須對電池的耐振動能力進行測試。具體測試步驟如下：第一步，在20°C左右的溫度下，將電池緊固在振動臺上；第二步，設定振動頻率在30-35Hz之間，閉合開關，讓振動臺開始振動，最大加速度為30m/s2，持續(xù)兩個小時。在試驗結束后，檢測電池兩端端電壓是否出現(xiàn)異常，電池有無損傷，電解液是否滲漏等。

3.1.7 荷電保持能力測試

荷電保持能力是指電動汽車的電池在完全開路的情況下，容量保存性能。具體測試步驟如下：第一步，將完全充滿電后的電池靜止放置在溫度為20°C左右的環(huán)境中，持續(xù)時常大約5個小時；第二步，采用3h率額定容量測試方法對其進行測試，記錄測試結果C1；第三步，對電池進行完全充電，充電完成后將電池靜止放置在20°C左右的環(huán)境中，持續(xù)時間為28天；第四步，記錄下經(jīng)過28天后電池的額定容量C2，通常要求C2的數(shù)值要超過儲存前C1的85%。

3.2 道路測試

道路測試只要是測試電動車電池在行進途中在不同工況下的各種性能，如放電容量、特性及電池一致性等。放電容量的測試可以根據(jù)電池一次充滿電后在特定速度下的續(xù)航里程來描述；放電特性通常是通過電池端電壓衰減率和溫升率來描述，端電壓衰減率是指每經(jīng)過一小時端電壓的衰減量具體計算公式如下式（1）所示：

電池一致性是根據(jù)電壓、內阻及容量變化的一致性來描述。若是多個電池串聯(lián)，電池整體的一致性評價可根據(jù)電池電壓差異系數(shù)來進行評價，具體計算公式如下式（3）所示：

3.2.1 整車動力性測試

對電動汽車進行整車動力測試的根本目的在于檢測電池能否滿足汽車設計的動力需要。整車性能測試對外界環(huán)境要求比較高，具體要求如下：環(huán)境溫度約為20°C左右，風速不超過5m/s，場地為直線或環(huán)形跑道；路面要具有良好的附著系數(shù)和干燥、平整。直線跑道的距離要不少于1000m，確保有足夠長的加速區(qū)域，以便電動汽車在進行測速時能夠達到最高穩(wěn)定車速；縱向坡度要低于0.5%；實驗前，將電池充滿電，散熱器內要加滿冷卻液。具體測試分為兩個部分：最高車速試驗和加速性能試驗。

（1）最高車速試驗

首先啟動電動汽車，逐步進行加速，務必確保進入測量區(qū)域時要達到最高穩(wěn)定車速；然后以此最高速度持續(xù)形式1000m，記錄下所用時間t1；最后以相反方向重復試驗，記錄下所用時間t2.根據(jù)平均速度的計算公式也得出最高車速。上述步驟多次重復，根據(jù)多次平均值計算出最高車速。

（2）加速性能試驗

首先將試驗車啟動同時打開測速儀，將加速踏板踩到最大，然后換到適當檔位，使電動汽車加速；觀察測速儀，直至其達到既定的速度，記錄這個過程的時間t1；再以相反方向進行一次試驗，計算出平均加速度。多次測量取平均值。

3.2.2 常溫下續(xù)航里程測試

該測試的主要目的是測試電動汽車在動力電池充滿電的狀態(tài)下，以一定的行駛工況能連續(xù)行駛的最長距離。試驗環(huán)境條件和整車性能測試相同。具體測試過程如下：首先啟動測試車輛并開啟測試設備；其次將車輛大約加速到40km/h左右，使車保持勻速行駛狀態(tài)；如果行駛過程中車速低于36km/h則停止測試。整個實驗過程可以停車兩次，每次時長不能超過2分鐘，記錄下整個期間的停車次數(shù)和時間。試驗完成后，計算車輛行駛的距離L，該距離即為續(xù)航里程。

3.2.3 持續(xù)爬坡測試

該測試的主要目的是檢驗電動汽車電池的持續(xù)大功率供電能力，試驗環(huán)境條件和上述類似。具體測試過程如下：將測試汽車停放在坡道點處，開啟汽車和相關測試設備，掛一檔開始爬坡；爬坡時最好選擇較高檔位，使整個汽車處于全負荷狀態(tài)，在確保整個過程安全的情況下盡量以高速行駛到終點。整個過程要測試電池組的相關性能指標，檢測其是否符合電池要求。

4 結束語

綜上所述，根據(jù)電動汽車電池組的就似乎特征，結合國內外相關標準、規(guī)程和電動汽車的實際情況，制定了一套測試電動汽車電池組性能的測試方案，并給出了詳細的測試過程，經(jīng)過實踐證明，上述測試方法具有一定的科學性、合理性。希望這些測試方法能為未來制定完善、科學合理的測試方案提供參考，提高電動汽車的檢測技術水平。

[1]中華人民共和國科技部.2008年度HEv用高功率鏗離子動力蓄電池性能測試規(guī)范,“863計劃”節(jié)能與新能源汽車重大項目,第5版[S].北京：科技部863現(xiàn)代交通技術領域辦公室,2009.

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李文濤（1961—），女，內蒙古包頭人，教授，碩士生導師，研究方向：自動化儀表、兩相流測量技術。