何志輝，閆國(guó)豐，王記磊，鄒興華

(1.廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東珠海 519000；2.中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司，吉林長(zhǎng)春 130025)

0 引言

新能源汽車(chē)已成為世界各國(guó)政府和各大汽車(chē)公司關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。隨著新能源汽車(chē)向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化、商品化方向的不斷發(fā)展,電動(dòng)汽車(chē)勢(shì)必將成為首選的交通工具[1]。動(dòng)力電池是電動(dòng)車(chē)的核心部件之一,其技術(shù)水平一直是新能源汽車(chē)發(fā)展的瓶頸。

目前動(dòng)力電池主要為鋰離子電池和鎳氫電池等。不同類(lèi)型的電池有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)[2]，其特性參數(shù)也存在差異。即使同一種類(lèi)電池，由于設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)工藝的差異，電池性能差別很大。這就需要根據(jù)整車(chē)的實(shí)際需求對(duì)電池進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)和選擇。目前，對(duì)動(dòng)力電池性能評(píng)價(jià)的方法較多，但大多復(fù)雜且測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)[3]。本文作者通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池的主要性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，快速完成對(duì)電池的評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池的性能進(jìn)行快速評(píng)價(jià)研究，為完善動(dòng)力電池評(píng)價(jià)體系的建立奠定了基礎(chǔ)。

1 制定快速評(píng)價(jià)項(xiàng)目和方法

1.1 性能測(cè)試項(xiàng)目的確定

動(dòng)力電池單體性能測(cè)試項(xiàng)目[4-5]有很多，如容量測(cè)試、倍率放電性能、倍率充電性能、功率性能、溫度放電性能、溫度充電性能、自放電/荷電保持能力、ACR交流阻抗、循環(huán)壽命、日歷壽命等。根據(jù)動(dòng)力電池在整車(chē)上的實(shí)際應(yīng)用，確定動(dòng)力電池單體主要性能測(cè)試項(xiàng)目為：容量測(cè)試、倍率放電性能、倍率充電性能、功率性能、溫度放電性能、溫度充電性能。對(duì)動(dòng)力電池單體性能快速評(píng)價(jià)依據(jù)這6個(gè)項(xiàng)目開(kāi)展測(cè)試。

1.2 性能快速評(píng)價(jià)測(cè)試方法

動(dòng)力電池單體性能快速評(píng)價(jià)測(cè)試方法見(jiàn)表1。測(cè)試過(guò)程中采集時(shí)間、溫度、電流和電壓等數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間根據(jù)具體情況而定。

表1 性能快速評(píng)價(jià)測(cè)試方法

2 評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2.1 快速評(píng)價(jià)的樣品

快速評(píng)價(jià)的動(dòng)力電池單體樣品來(lái)自不同電池廠(chǎng)家，詳細(xì)信息見(jiàn)表2。

表2 動(dòng)力電池單體詳細(xì)信息

2.2 快速評(píng)價(jià)試驗(yàn)的典型曲線(xiàn)

按照表1測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)上述動(dòng)力電池單體進(jìn)行試驗(yàn)。其容量測(cè)試曲線(xiàn)、倍率充/放電測(cè)試曲線(xiàn)、功率性能曲線(xiàn)、溫度充/放電曲線(xiàn)分別如圖1—圖7所示。

圖1 EV電池1/3C放電曲線(xiàn)

圖2 EV電池5C放電曲線(xiàn)

圖3 EV電池3C充電曲線(xiàn)

圖4 EV電池放電比功率曲線(xiàn)

圖5 EV電池充電比功率曲線(xiàn)

圖6 EV電池-20 ℃放電曲線(xiàn)

圖7 EV電池-20 ℃充電曲線(xiàn)

3 結(jié)果及分析

3.1 容量測(cè)試

容量測(cè)試結(jié)果分析如圖8—圖11所示。

圖8 EV電池質(zhì)量比能量比較

圖9 EV電池體積比能量比較

由圖8、圖9可知，EV電池的質(zhì)量比能量的平均值為124.4，除H、G、B電池外，其他幾家電池的質(zhì)量比能量均低于平均值。質(zhì)量比能量較高的電池從高到低的排序依次為：H、G、B電池。采用類(lèi)似的方法，對(duì)體積比能量較高的電池從高到低依次為：G、H、B、E、A。

圖10 PHEV電池質(zhì)量比能量比較

圖11 PHEV電池體積比能量比較

由圖10、圖11可知，PHEV電池的質(zhì)量比能量的平均值為118.1，除J-2、H、J-1、E電池外，其他幾家電池的質(zhì)量比能量均低于平均值。質(zhì)量比能量較高的電池從高到低的排序依次為：J-2、H、J-1、E電池。采用類(lèi)似的方法，對(duì)體積比能量較高的電池從高到低依次為：H、I、F-2、B。

3.2 倍率放電性能

倍率放電性能結(jié)果分析如圖12、圖13所示。

圖12 EV電池倍率放電性能比較

圖13 PHEV電池倍率放電性能比較

由圖12可知，EV電池的倍率放電性能，F(xiàn)低于平均水平，該項(xiàng)性能指標(biāo)較差，其余7家電池的倍率放電性能從高到低依次為：A、E、B、G、D、C、H。

由圖13可知，PHEV電池的倍率放電性能，H和F-1低于平均水平，該項(xiàng)性能指標(biāo)較差，其余7家電池的倍率放電性能從高到低依次為：I、B、A、J-1、E、F-1、J-2。

3.3 倍率充電性能

倍率充電性能結(jié)果分析如圖14、圖15所示。

圖14 EV電池倍率充電性能比較

圖15 PHEV電池倍率充電性能比較

由圖14、圖15可知，EV電池的倍率充電性能均很好，PHEV電池的倍率充電性能也都很好。

3.4 功率性能

功率性能結(jié)果分析如圖16、圖17所示。

圖16 EV電池質(zhì)量比功率比較

圖17 PHEV電池質(zhì)量比功率比較

由圖16可知，EV電池的質(zhì)量比功率的平均值為1 219.6，除G、H、E、C電池外，其他幾家電池的質(zhì)量比功率均低于平均值。質(zhì)量比功率較高的電池從高到低依次為：G、H、E、C。

由圖17可知，PHEV電池的質(zhì)量比功率的平均值為1 412.1，除J-2、J-1、E、B、H電池外，其他幾家電池的質(zhì)量比功率均低于平均值。質(zhì)量比功率較高的電池從高到低依次為：J-2、J-1、E、B、H電池。

3.5 溫度放電性能

溫度放電性能結(jié)果分析如圖18、圖19所示。

圖18 EV電池溫度放電性能比較

圖19 PHEV電池溫度放電性能比較

由圖18可知，EV電池的常溫、高溫放電性能均較好，低溫放電性能差別很大。低溫放電容量比率平均值為73.16%，除E、H、F、D電池外，其他幾家電池的低溫放電性能均低于平均值。低溫放電性能較高的電池從高到低依次為：E、H、F、D。

由圖19可知，PHEV電池的常溫、高溫放電性能較好，低溫放電性能差別很大。低溫放電容量比率平均值為72.35%，除J-1、E、H、J-2、F-1電池外，其他幾家電池的低溫放電性能均低于平均值。低溫放電性能較高的電池從高到低依次為：J-1、E、H、J-2、F-1。

3.6 溫度充電性能

溫度充電性能結(jié)果分析如圖20、圖21所示。

圖20 EV電池溫度充電性能比較

圖21 PHEV電池溫度充電性能比較

由圖20可知，EV電池的常溫、高溫充電性能均較好，低溫充電性能差別很大。低溫充電容量比率平均值為71.79%，除G、A、H、D電池外，其他幾家電池的低溫充電性能均低于平均值。低溫充電性能低于平均值的，認(rèn)為該項(xiàng)性能指標(biāo)較差。低溫充電性能較高的電池從高到低依次為：G、A、H、D。

由圖21可知，PHEV電池的常溫、高溫充電性能均較好，低溫充電性能差別很大。低溫充電容量比率平均值為43.44%，除J-2、F-1、E、F-2電池外，其他幾家電池的低溫充電性能均低于平均值。低溫充電性能低于平均值的，認(rèn)為該項(xiàng)性能指標(biāo)較差。低溫充電性能較高的電池從高到低依次為：J-2、F-1、E、F-2。

3.7 電池單體性能對(duì)比分析

通過(guò)快速評(píng)價(jià)，對(duì)多家國(guó)內(nèi)外知名電池廠(chǎng)家的電池單體進(jìn)行測(cè)試和分析，分別得出了EV電池單體性能指標(biāo)排序表(表3)和PHEV電池單體性能指標(biāo)排序表(表4)。此表已成功指導(dǎo)了某EV車(chē)型電池總成的開(kāi)發(fā)和PHEV電池總成的開(kāi)發(fā)。

EV電池更注重能量、溫度性能指標(biāo)；PHEV電池則更注重功率性能、溫度性能、倍率性能指標(biāo)。從電池單體性能指標(biāo)排序表(表3、表4)中可以看出：EV電池單體綜合性能最好的為H，其次為G；PHEV電池單體綜合性能最好的為J-2，其次為E。

表3 EV電池單體性能指標(biāo)排序

表4 PHEV電池單體性能指標(biāo)排序

4 結(jié)束語(yǔ)

為了建立一套快速科學(xué)低成本的動(dòng)力電池單體性能評(píng)價(jià)體系，文中分別對(duì)動(dòng)力電池單體測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法進(jìn)行了精簡(jiǎn)和優(yōu)化。結(jié)果表明，從功率﹑倍率和溫度特性這3個(gè)維度進(jìn)行測(cè)試，不僅能夠?qū)?dòng)力電池單體綜合性能進(jìn)行比較科學(xué)的評(píng)價(jià)，還能縮短測(cè)試評(píng)價(jià)的時(shí)間和成本。