新能源汽車動(dòng)力電池的充放電測試

為了降低對(duì)石油的依賴，促進(jìn)節(jié)能減排，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展和提升國際競爭力，我國將發(fā)展新能源汽車劃為交通領(lǐng)域的重大舉措之一。而動(dòng)力電池系統(tǒng)作為硬件本體和控制系統(tǒng)結(jié)合極為緊密的系統(tǒng)，因此，新能源汽車的電池充放電評(píng)價(jià)測試及其解決方案成了各大汽車廠商和零部件供應(yīng)商亟需面對(duì)的問題。那么，就讓我們來簡單探討一下動(dòng)力電池的充放電測試需要注意的事項(xiàng)。

首先，讓我們先了解一下動(dòng)力電池工作原理

顧名思義，動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的能量來源，鋰離子電池以其高能量密度和功率密度、長循環(huán)壽命、低自放電率等優(yōu)勢，成為電動(dòng)汽車的首選動(dòng)力電池；其中，磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）和三元鋰離子電池（NCA、NMC）等具有更高的安全性能，因此廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。圖1 所示為鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖，其充放電過程是通過Li+在正負(fù)極柱之間嵌入和脫出實(shí)現(xiàn)的。

其次，充放電效率及其影響因素的因素有哪些？

上述動(dòng)力電池充放電過程中，由于電化學(xué)極化、濃度極化等電化學(xué)現(xiàn)象所導(dǎo)致的能量損耗，以及電池本身內(nèi)阻、線路等存在的電能損耗，充電過程能量無法100%轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)到電池中，放電過程存儲(chǔ)的能量也無法100%釋放給負(fù)載，充放電過程存在能量轉(zhuǎn)換效率問題。一般可以采用容量效率DODc 或者能量效率DODe 對(duì)充放電過程的能量轉(zhuǎn)換及利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別如式（1）、（2）所示：

公式中，DOD_c^ch、DOD_c^dis 分別表示充電容量效率和放電容量效率；C_ch、C_dis 分別表示實(shí)際輸入（輸出）容量；C_n 表示標(biāo)稱容量；DOD_e^ch、DOD_e^dis 分別表示充電電能效率和放電電能效率；W_ch、W_dis分別表示實(shí)際輸入（輸出）電能；W_n 表示標(biāo)稱電能。

電池充放電效率受溫度、充放電電流、截止電壓、荷電狀態(tài)SOC 等多種因素影響，工作中隨外界工況及所處狀態(tài)呈動(dòng)態(tài)變化。其中，充放電電流作為反映車輛運(yùn)行工況的主要參數(shù)，在實(shí)際過程中對(duì)充放電效率具有較為顯著的影響。因此，本文從整車使用角度出發(fā)，重點(diǎn)考慮充放電電流的影響，同時(shí)以能量效率DOD_e 作為表征參數(shù)，研究不同充放電模式下動(dòng)力電池的充放電效率變化規(guī)律。

由于電池充放電過程的輸入輸出電能與電池SOC 相關(guān)，而目前仍然缺少一種準(zhǔn)確獲取電池當(dāng)前SOC 的有效方法，因此，實(shí)際的輸入輸出能量由動(dòng)力電池故障閥值確定，通過采用故障閾值作為充滿或放空狀態(tài)邊界的方法，可以獲取從滿電狀態(tài)釋放至放空狀態(tài)的輸出總電量、以及從放空狀態(tài)充電至滿電狀態(tài)的輸入總電量，從而計(jì)算得到電池的充放電效率。

第三， 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和測試方法

1.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下圖所示，Myway回饋型大容量充放電系統(tǒng)只需1臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)電池的充電（電源動(dòng)作），放電（電子負(fù)載動(dòng) 作）的雙向電源。并且可以自由組合進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)93%以上。

機(jī)組內(nèi)包含試驗(yàn)箱、電池模擬器、12V 開關(guān)電源、冷卻循環(huán)水機(jī)、上位機(jī)等試驗(yàn)儀器及設(shè)備。其中，動(dòng)力電池系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中放置于試驗(yàn)箱內(nèi)，由高壓線連接至電池模擬器，通過控制電池模擬器的功率及電流方向，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池不同模式下的充放電；同時(shí)電池充放電數(shù)據(jù)通過CAN 總線進(jìn)行通訊，并上傳至上位機(jī)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中，電池模擬器及電池管理系統(tǒng)BMS 實(shí)時(shí)檢測動(dòng)力電池組總電壓、單體電壓、電池組溫度等參數(shù)并設(shè)置保護(hù)措施，從而保證實(shí)驗(yàn)過程電池處于安全工作狀態(tài)。

2.試驗(yàn)方法

為分析不同充放電模式下動(dòng)力電池充放電效率的變化規(guī)律，測試方法包括以下步驟：

（1）首先保持電池靜置，并調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱溫度，保證電池處于穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)充放電環(huán)境溫度；

（2）按照指定充電模式，將動(dòng)力電池充電至截止條件；

（3）保持動(dòng)力電池靜置，直至電壓、溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

（4）按照指定放電模式，將動(dòng)力電池放電至截止條件；

（5）再次保持動(dòng)力電池靜置，直至電壓、溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；

（6）更換充放電模式，循環(huán)步驟2-5。

上述實(shí)驗(yàn)步驟中，充電過程包括慢充、定功率充電、快充、標(biāo)準(zhǔn)充電以及1C 充電等五種模式；放電過程則根據(jù)不同行駛工況、將其轉(zhuǎn)換為等效功率對(duì)電池進(jìn)行放電，包括NEDC 工況、1C 放電、60km/h 等速、90km/h 等速、120km/h等速等五種模式。

目前，上海臻精機(jī)械有限公司得到了日本Myway的大力支持，現(xiàn)已在華東、華南、西南等地區(qū)進(jìn)行Myway電池包充放電測試系統(tǒng)的推廣，成功案例諸如：廣州增城中國汽車技術(shù)研究中心750V/±600A/160kW 2CH * 1式（可并聯(lián)），北京理工大學(xué) 電動(dòng)車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室（上海中心）750V/±600A/160kW 2CH * 1式（可并聯(lián)）等。歡迎感興趣的朋友前來咨詢。

      ———————文章部分內(nèi)容摘自許楨賢EDC電驅(qū)未來，侵刪。