周汝派，余曉斌

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510000；2.智能產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)與可靠性保障技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510000）

0 引言

電動(dòng)平衡車(chē)作為近幾年一種新興行駛工具，越來(lái)越多的人開(kāi)始選擇這種出行方式，大多數(shù)人在選車(chē)、購(gòu)車(chē)時(shí)都會(huì)格外的關(guān)注車(chē)子的續(xù)航能力和產(chǎn)品質(zhì)量，其中超強(qiáng)續(xù)航甚至成了一部分人購(gòu)車(chē)的標(biāo)配。

關(guān)于電動(dòng)平衡車(chē)的續(xù)航能力，目前國(guó)內(nèi)有整車(chē)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34667-2017《電動(dòng)平衡車(chē)通用技術(shù)條件》[1]和GB/T 34668-2017《電動(dòng)平衡車(chē)安全要求及測(cè)試方法》[2]，對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)零部件有電池標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11685-2017《平衡車(chē)用鋰離子電池和電池組規(guī)范》[3]。

圖2 硬件測(cè)試環(huán)境Fig.2 Hardware test environment

GB/T 34668-2017是對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的安全和環(huán)境可靠性的試驗(yàn)方法要求的標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有對(duì)續(xù)航能力描述；SJ/T 11685-2017雖有對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的充放電方法有詳細(xì)的試驗(yàn)方法描述，但里面提到的“模擬工況循環(huán)壽命”沒(méi)有考慮電動(dòng)平衡車(chē)的實(shí)際使用環(huán)境因素，僅是單獨(dú)對(duì)電池規(guī)定通用的壽命試驗(yàn)。GB/T 34667-2017有對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的“額定續(xù)行里程”定義：在室溫下，駕駛者駕駛充滿電的電動(dòng)平衡車(chē)，在試驗(yàn)道路上以制造商規(guī)定的最高車(chē)速的60%勻速行駛；當(dāng)電量低，無(wú)法滿足該速度時(shí)，以其能達(dá)到的最高車(chē)速繼續(xù)行駛，直到該平衡車(chē)低電量無(wú)法繼續(xù)行駛為止的累計(jì)行駛里程。同時(shí)GB/T 34667-2017對(duì)試驗(yàn)條件和環(huán)境做了詳細(xì)的規(guī)定：在平整且有良好附著系數(shù)的路面上進(jìn)行，路況的縱向坡度不允許超過(guò)0.5%，橫向坡度不允許超過(guò)3%，試驗(yàn)平均風(fēng)速不大于3m/s，瞬時(shí)風(fēng)速不大于5m/s?？偟膩?lái)說(shuō)，GB/T 34667-2017對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的續(xù)航能力測(cè)試場(chǎng)地較為嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也有一定難度，而對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)用的電池測(cè)試?yán)m(xù)航能力則較為容易實(shí)現(xiàn)，只要電池放電的工況是整車(chē)的實(shí)際工況，則電池的續(xù)航能力就能接近評(píng)估整車(chē)的續(xù)航能力。本文基于GB/T 34668-2017標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合電動(dòng)平衡車(chē)的實(shí)際工況，對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)用的鋰電池進(jìn)行放電研究及數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)?yán)m(xù)航能力的測(cè)試。

表1 電動(dòng)平衡車(chē)的性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of electric balancing vehicle

表2 實(shí)測(cè)勻速和爬坡?tīng)顟B(tài)下的功率Table 2 Power measured at uniform and climbing states

表3 1#～3#樣機(jī)在不同速度時(shí)的兩階段續(xù)航時(shí)間Table 3 Two-stage life of the 1#～3# prototype at different speeds

表4 4#～6#樣機(jī)在不同速度時(shí)的兩階段續(xù)航時(shí)間Table 4 Two-stage life of the 4#～6# prototype at different speeds

1 測(cè)試方案

本次在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)某品牌3臺(tái)大功率和3臺(tái)小功率的電動(dòng)平衡車(chē)，如圖1所示。電動(dòng)平衡車(chē)使用的動(dòng)力電池是鋰離子電池，整車(chē)和電池的性能參數(shù)見(jiàn)表1。

測(cè)試方案分兩步進(jìn)行：①常溫下，配重至75kg的駕駛?cè)艘?km/h，15km/h，25km/h的勻速狀態(tài)在平直的較新鋪裝路面和以最大速度在爬坡度為15°左右的斜坡上爬坡行駛，通過(guò)手機(jī)的APP分別實(shí)時(shí)讀取電動(dòng)平衡車(chē)瞬時(shí)的電池功率值，為消除誤差，可多次測(cè)試并取平均值；②將第1步測(cè)得的勻速狀態(tài)與爬坡?tīng)顟B(tài)的功率進(jìn)行一定比例的組合以此模擬實(shí)際工況，然后拆下平衡車(chē)中的電池，充滿電，在溫箱25℃下按照實(shí)際工況進(jìn)行恒功率放電。

2 測(cè)試的實(shí)現(xiàn)及分析

本次搭建圖2的硬件測(cè)試環(huán)境：

根據(jù)測(cè)試方案的第1步，常溫下，分別對(duì)6個(gè)樣品測(cè)試其勻速和爬坡時(shí)的電池功率，由于樣品個(gè)體差異，不同樣品、不同速度所測(cè)得的電池功率都不同。因此，多次正反方向測(cè)試并取平均值來(lái)排除實(shí)際風(fēng)速和橫、縱向坡度的影響。6個(gè)樣品3種速度，共構(gòu)成18種不同測(cè)試工況，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

根據(jù)GB/T34667-2017給出的“額定續(xù)航里程”定義，易知標(biāo)準(zhǔn)是分兩個(gè)階段行駛，第1階段是勻速行駛；第2階段是電量低時(shí)以能達(dá)到最高的速度行駛直至無(wú)法再行駛為止。因此，可將電池進(jìn)行兩階段的恒功率放電，第1階段使用100s循環(huán)的恒功率放電至截止電壓，第2階段繼續(xù)以勻速時(shí)電池功率放電（此勻速時(shí)電池功率同第1階段），再至截止電壓。

在第1階段的電池放電中，其中前95s是將表2測(cè)得的勻速時(shí)電池功率值取平均值，后5s的放電因考慮到電動(dòng)平衡車(chē)大多數(shù)是在城市道路使用，難免會(huì)在行駛過(guò)程中遇到路面顛簸或微小坡度等情況，可用短時(shí)間的大功率輸出來(lái)模擬此種情況。因此，后5s使用整車(chē)允許的最大輸出功率進(jìn)行放電，而整車(chē)允許的最大輸出功率由GB/T34667-2017的附錄A中關(guān)系可得，即取電機(jī)最大輸出功率與電池組最大輸出功率的最小值。

電池兩階段放電的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4。

從表3和表4的數(shù)據(jù)來(lái)看，電池的續(xù)航時(shí)間主要是集中在第1階段的電池放電時(shí)間，第2階段的續(xù)航時(shí)間均較短，這也對(duì)應(yīng)了GB/T 34667-2017的“額定續(xù)航里程”主要體現(xiàn)在第1階段，第2階段的續(xù)航里程較短。GB/T 34667-2017評(píng)估續(xù)航里程的車(chē)速是最高速度的60%，對(duì)應(yīng)表3和表4的15km/h，則使用15km/h對(duì)應(yīng)的電池兩階段續(xù)航時(shí)間之和可用來(lái)接近估計(jì)整車(chē)的續(xù)航時(shí)間，而當(dāng)被測(cè)樣品數(shù)足夠多時(shí)，根據(jù)概率論統(tǒng)計(jì)相關(guān)理論，在同一速度下的電池續(xù)航時(shí)間將趨于一定值，此定值則可用來(lái)評(píng)估整車(chē)的續(xù)航時(shí)間。

3 總結(jié)

在實(shí)際生活中，不同駕駛者的駕駛習(xí)慣也會(huì)影響電動(dòng)平衡車(chē)的續(xù)航能力，例如：頻繁地剎車(chē)，導(dǎo)致動(dòng)能將直接轉(zhuǎn)化為熱能釋放掉，使得電量損耗較大，進(jìn)而影響續(xù)航里程[4]。因此，實(shí)際的試驗(yàn)環(huán)境因素對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的續(xù)航能力的影響不能忽視。GB/T34667-2017對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)?yán)m(xù)航能力只提供了一個(gè)測(cè)試框架，定義的“額定續(xù)行里程”僅作為一種參考，本文通過(guò)電池放電方式來(lái)實(shí)現(xiàn)GB/T34667-2017對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的額定續(xù)航里程測(cè)試方法，并在電池放電過(guò)程中考慮整車(chē)的實(shí)際工況，是一種接近整車(chē)測(cè)試結(jié)果且易實(shí)現(xiàn)的方法，這為產(chǎn)品檢測(cè)人員提供了一定的理論和工程指導(dǎo)。