新能源电机及动力电池测试及评价

1、汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力 汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。同时在上坡行驶的时候还必须克服来自坡道的坡道阻力以及在加速时候需克服的加速阻力。jiWfFFFFF 总的行驶阻力为：1 车辆动力学车辆动力学1.1滚动阻力滚动阻力W弹性轮胎的迟滞损失：轮胎反复变形时其内部摩擦引起的能量损失。22ua2Fx1 1 1 加载卸载a FzK 3 2 3 K WChDF卸载加载E0 1 、形成机理cosmgfFf2 、计算公式mgf汽车整备质量重力加速度滚动阻力系数滚动阻力系数的大小和路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关坡道角 涡流 (负压力)汽车

2、表面气流流线图分离区分离区p小, u大(正压力)层流放大的粘性边界层空气阻力分为压力阻力摩擦阻力 占9%形状阻力 占58%干扰阻力 占14% 内循环阻力 占12%诱导阻力 占7%1 、形成机理2、 空气阻力的构成 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力成为空气阻力。1.2 空气阻力空气阻力15.212122rDrDWAuCuACFDC空气阻力系数 一般取值0.3左右相对速度空气密度 取值1.2258A迎风面积ru42msN3 、计算公式1 、形成机理2、 计算公式 当汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度阻力。sinsin g mGFi坡道角1.3坡度阻力坡度阻力1 、形

3、成机理2、 计算公式 汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力 。汽车旋转质量换算系数jFdtdu m Fj 由于汽车的质量分为平移质量和旋转质量。加速时不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力偶矩。加速阻力常写作：dtdu汽车行驶加速度1.4 加速阻力加速阻力2222111riiImrImTogfW 主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关 ：WI车轮的转动惯量fI飞轮的转动惯量1.5 加速阻力加速阻力tiruiiItumtiruiiIturiiIrImFddddddddg2Tg20fg2Tg20f2T202gf2wj挡位不同，值不同总质量越小的

4、车，旋转质量换算系数值越大。总质量不同，值不同 在湖南湘仪制造的新能源电机试验台架中，通常我们用飞轮的旋转质量来代替汽车的平动质量，由于台架的飞轮不可能做得太大，于是通常采用升速箱来减小飞轮的尺寸。假设车辆的整车惯量为 ，飞轮惯量为 ，飞轮质量为m，升速箱速比为i ，则飞轮的半径为：2vehicleI iJ 升速箱 尺寸减小22/vehicleIJiIm r1vehicleJrimvehicleJI2 AMT的基本原理及基本控制方法的基本原理及基本控制方法 机械式自动变速器机械式自动变速器 AMT（Automated Mechanical Transmission）是在传统手动变速箱的基础上,

5、应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元ECU为核心，根据换档规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律，通过气压、液压或者电动执行系统控制离合器的分离与结合、选换档操作以及发动机节气门的调节来实现起步、换档的自动操纵。2.1 AMT自动变速箱系统主要由下列四部分组成：自动变速箱系统主要由下列四部分组成： 被控对象包括发动机、离合器和变速箱； 执行机构包含电磁阀及离合器执行机构和选、换挡机构等； 传感器包含速度传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器、档位传感器、加速度传感器等； 电控单元包括：各信号处理单元、CPU单元、程序及数据存储器单元、驱动电路单元、显示单元等。 以诸多传感器

6、代替人的感觉器官来获取车辆的运行状态、路面情况及驾驶员意图，以Flash中存储的功能强大的程序模仿人的思维过程、以电磁阀的开闭或电机转动控制执行机构代替人的手脚动作，通过与发动机ECU通信实现发动机扭矩调节，来完成离合器、变速箱和发动机扭矩的自动控制。 2.2 AMT的工作原理的工作原理2.3 AMT的分类：的分类：2.3.1 电控气动电控气动AMT 电控气动AMT 系统的执行机构采用气压驱动。该系统只有在装有气压系统的大型客车或重型车辆中使用，因此普及率较低；2.3.2 电控液动电控液动AMT 电控液动AMT 系统则是用液压驱动其执行机构，它具有操作简便、易于实现安全保护、具有一定的吸震与吸

7、收冲击的能力以及便于空间布置等优点。但是在用高速开关阀控制的系统中，其缺点是温度的变化会使执行机构中液压油的粘度发生变化，从而导致离合器液压油管路压力发生变化。2.3.3 电控电动电控电动AMT 电控电动AMT 系统就是将自动变速器系统中的油门、离合器以及选换挡装置等执行机构采取电动机带动。取消液压系统后，使整个控制系统的结构更加简单，重量更轻，成本更低；直接采用易于控制、精度更高的电动机取代液压执行组件，使得系统动作的误差减少了，控制方法上也更简单；机电式的执行机构由直流电机驱动，与电液式相比成本更低、能耗更小、维修更方便、对环境污染更小。2.4 AMT的基本控制方法的基本控制方法2.4.1

8、 AMT起步控制方法起步控制方法 AMT起步性能是AMT系统性能的重要组成部分, 在整个AMT系统的性能评价体系中居于重要的位置。 AMT起步控制的主要性能指标是起步过程的冲击度和滑磨功。冲击度和滑磨功的大小关系到整车的动力响应特性、驾驶舒适性以及离合器使用寿命等车辆的具体性能指标。对于这两项参数进行综合优化找出合理的性能平衡点，是AMT起步控制的主要目标。2.4.2 AMT的换挡规律控制的换挡规律控制 换挡规律定义：它是指两排挡间自动换挡时刻岁控制参数的变数规律。 换挡规律的类型：1、单参数换挡规律单参数换挡规律：单参数换档规律只有一个控制参数，控制参数可以选油门开度、发动机转速及车速等。

9、若用油门做控制参数，大油门升高档，小油门降低档，这就无法在低档时发挥出车辆的大牵引力，以适应重型车辆爬坡的需要；且松油门制动时，系统仍然在档，也形成矛盾，加之道路条件复杂，经常要改变油门位置势必造成换档频繁。既影响乘客舒适性，也降低系统寿命。故一般不采取油门开度为单参数换档规律的控制参数。 若使用车速则可以很好的反映出车辆的运行状态，故取用相对稳定的车速v作为单参数换档规律的控制参数。 为了保证重型车辆的动力性，单参数换档规律的升档点通常设计在发动机最大转速处附近。2、两参数换挡规律两参数换挡规律：两参数换档规律一般以车速和油门开度作为控制参数。在某一油门开度下，当车速超过特定值后，变速器就会

10、换入相应的档位。依据两个参数对换档时机进行控制，提高了车辆对路况的适应性，驾驶员还可以通过特定的操纵流程进行干预换档，以便能更好的应对即将出现的路况，提高了车辆性能。3、三参数换挡规律三参数换挡规律：较于两参数换档规律，三参数换档规律又引入了车辆加速度，以油门开度、车速和车辆加速度作为控制参数。由于车辆在使用中的很多时间处于非稳态状态，例如车辆的起步、加速过程等，因此以车辆的稳态行驶为前提的单、两参数换档规律与车辆的实际状态存在差异，因此在控制参数中引入加速度，使得换档规律更符合车辆的实际状态，可以提高其控制精确度。 单参数换档规律由于控制参数简单，适应性低，使用范围有限；三参数换档规律虽然仿

11、真和试验效果良好，但安装加速度传感器增加了成本，另外加速度的测量误差也会降低其控制精度，所以并没有得到大范围的推广使用；两参数换档规律介于以上两者之间，既能够满足使用要求又能够有效的控制成本，因此是现在应用范围最为广泛的换档规律。2.5 AMT的测试手段的测试手段2.5.1 AMT变速器的离合器工作特性的测试变速器的离合器工作特性的测试测试参数：1.输入转速、转矩；2.离合器分离力；3.离合器分离行程；4.离合器表面温度；5.离合器动态响应。需求的测试仪器：1、转速/转矩传感器；2、力传感器；3、位移传感器；4、温度传感器；位移传感器位移传感器（分离轴承处）（分离轴承处）力传感器力传感器离合器

12、拉杆离合器拉杆输入轴输入轴输出轴输出轴集流环集流环温度传感器温度传感器分离轴承分离轴承变速器前箱体变速器前箱体离合器总成测试系统结构图离合器总成测试系统结构图湖南湘仪公司离合器总成测试系统总体设计思路湖南湘仪公司离合器总成测试系统总体设计思路：1、发动机飞轮与输入转速转矩传感器通过联轴器相连；、发动机飞轮与输入转速转矩传感器通过联轴器相连；2、在飞轮上加工、在飞轮上加工2个通孔用于安装温度热电偶，热电偶测头与飞轮和摩擦片的接触表面平齐，个通孔用于安装温度热电偶，热电偶测头与飞轮和摩擦片的接触表面平齐，两个热电偶的输出信号通过集流环输出；两个热电偶的输出信号通过集流环输出；3、在变速箱前厢体上安

13、装位移传感器，位移传感器测头与分离轴承相接触；、在变速箱前厢体上安装位移传感器，位移传感器测头与分离轴承相接触；4、采用变速箱前厢体安装离合器分离杠杆，在离合器拉杆上安装力传感器；、采用变速箱前厢体安装离合器分离杠杆，在离合器拉杆上安装力传感器；5、设计专用支撑来安装固定变速器前厢体，离合器输出轴与惯性飞轮输入端相连。、设计专用支撑来安装固定变速器前厢体，离合器输出轴与惯性飞轮输入端相连。热电偶热电偶位移传感器位移传感器试验测试用离合器总成安置其中试验测试用离合器总成安置其中离合器试验台的功能离合器试验台的功能 离合器试验台将用来测试AMT变速器的离合器工作性能；检验离合器中主要元件的耐磨性能

14、；研究AMT变速器换档过程中离合器的控制策略、调整控制参数；分析离合器执行机构的相应特性，进行离合器执行机构辅助设计等。 开发离合器性能测试试验台测试系统，能实时采集记录离合器行程、分离力、转速、转矩、温度，系统能分析离合器分离力与行程的关系，并实现参数的实时记录、显示及曲线显示。通过程序控制能实现输入转速、转矩的控制，当出现离合器温度过高时能进行警报提示并自动执行相应的安全处理措施，所开发的测控系统能与AMT的控制单元TCU进行数据通讯，并可实现参数的在线调控。2.5.2 AMT综合性能测试综合性能测试 试验系统组成：发动机/电机、转速转矩传感器、离合器总成、夹在装置（电力测功机）。1654

15、3271、电机/发动机2、万向轴/弹性联轴器3、支座4、转速转矩传感器5、AMT变速器6、12JS200T变速器7、电力测功机AMT综合性能测试试验台示意图设计思路：设计思路： 能进行AMT操纵系统的响应特性、可靠性、耐久性及效率、能耗特性分析。试验研究基于通信技术的发动机转矩、转速控制算法；在离合器动态特性试验研究的基础上，应用仿真分析和试验验证的方法，研究离合器自适应精确控制算法。以换档品质动态综合最优为原则，通过软件在环、硬件在环和台架试验，系统研究AMT起步换档过程的综合控制策略，为加快执行器的设计、性能完善以及试制及产品化进程奠定基础。 在初试调试阶段，可采用电机作为动力源来进行选换

16、档控制动态相应特性试验研究，为真实模拟整车运行中的各种道路工况，采用高动态电力测功机作为加载控制装置。为减少电力测功机的最大加载扭矩，采用升速箱来降低试验系统对电力测功机的转矩和模拟的当量转动惯量，从而降低成本 惯量是惯性台架试验中的重要试验参数，惯量模拟精度直接影响试验结果的准确度。试验台常用加载惯量主要有机械惯量和电惯量两种形式。3 电惯量电惯量 如下图：湖南湘仪公司的常用机械惯量系统为机械飞轮结构,即在主轴上安装惯性飞轮，使其惯量与被测试试验对象的惯量保持一致。 机械惯量系统的主要优点是技术成熟、控制简单、加载实时、成本低、可靠性高 ，但也有诸多缺点，如： 飞轮一旦加工完成，其质量固定不

17、变，这意味着一台模拟试验机一旦组装而成，其模拟的质量就固定下来，除非对飞轮组进行更换，否则不能实现多样化的需求； 由于飞轮动平衡要求较高，故其质量越大，其设计和制造要求就越高，这提高了整个系统的成本； 飞轮组在运行过程中会产生较大噪声和振动，一旦出现机械故障，可能会对周边设备和人员安全造成一定威胁； 普通的飞轮惯量模拟设备系统庞大，且需要较高的安装精度，因而安装和更换飞轮需要花费较长时间。 电惯量技术就是根据一定的规律控制电机的电磁转矩,使得在相同驱动扭矩作用下电机与机械惯量飞轮组具有相同的动力学特性。其关键点是使电动机按照一定的控制算法输出力矩和转速来模拟机械惯量，即用“电惯量”代替“机械惯

18、量” 。 相对于机械惯量系统，电惯量技术在设备尺寸、控制灵活性和惯量模拟精度等方面具有更大的优势。目前电惯量技术的研究成果大多集中在制动器试验台中的应用,涉及变速器试验台的较少。 电惯量技术比较成熟，但成本高,控制系统复杂，其控制系统需要具有实时响应能力，加载存在一定滞后；同时，在大惯量加载试验中，完全的电惯量加载要求测功设备具有足够大的功率以提供所需惯量负载。在试验台的动态性能要求不太严格且加载惯量小的试验中，电惯量是一种非常好的选择。 用电动机代替原有机械惯量模拟试验台的所有机械惯量盘(飞轮)，直接用电动机转动输出的力矩模拟被模拟机械的惯量。这种模拟方法称为纯电机拖动的惯量模拟试验台。 用

19、电动机和一个固定大飞轮来代替原有的机械惯量试验台的机械惯量盘(飞轮)，这种模拟方法称为固定机械惯量的电模拟试验台。 用电动机和若干个小飞轮来代替原有机械惯量试验台的机械惯量盘(飞轮)，这种模拟方法称为组合机械惯量的电模拟试验台。 目前存在的电惯量模拟试验台的惯量模拟方法大体上分为以下三种 ：电惯量模拟系统负载电机的转矩计算（以汽车为例）电惯量模拟系统负载电机的转矩计算（以汽车为例）汽车的等效惯量：2Jm r式中：m为汽车质量，r为车轮半径，J为等效惯量。汽车系统的运动方程：LdTTJdt式中：T为发动机输出扭矩，TL为负载扭矩，为角速度。电惯量系统的运动方程：1LedTTTJdt式中:Te为负

20、载电动机的电磁转矩，J1为试验系统的机械转动惯量。（1）（2）因为汽车汽车与电惯量系统是等效的，则式（1）和式（2）中的是一致的，经代入变换，可得：11eLTT Tk式中：k=J/J1,即惯量模拟的倍数。（3）由式（3）可得出以下结论：1、汽车加速阶段，有（T-TL）0,如果汽车惯量大，电惯量系统的纯机械惯量小，即k1，则有Te0，Te的性质为阻力矩，阻碍汽车加速，延长了汽车加速到目标速度的时间。此时，电惯量负载电动机实际转速与转矩方向相反。2、汽车减速阶段，有（T-TL）1，则有Te0，负载电动机转速与转矩方向相同，阻碍汽车减速。3、如果0k1，说明与电惯量系统相比，实际汽车转动惯量小，同样

21、可以参照上面两种情况进行分析。 通过转矩补偿的方法可以实现正、负汽车惯量电模拟，即当汽车惯量大于电惯量系统的纯机械惯量时，实现正惯量，用电惯量增加原系统的惯量，当汽车惯量小于电惯量系统的纯机械惯量时，用电惯量减少原系统的惯量。 正确地选择电模拟试验台的电机是实现机械惯量电模拟的一个至关重要的环节，它直接影响着系统的实现。目前，现有的进口试验台所采用的电机有交流变频调速电机和直流调速电机两种方式。通过实践发现进口试验台所采用的直流电机为特殊定制具有快速响应的特性，国产直流电机很难满足响应速度的要求。因此，国内通常采用交流变频电机。电机功率与电机极数选择依据由多种条件综合而定：第一、试验台试验基本

22、转速与最高转速；第二、试验台要求电机拖动力矩；第三、电模拟惯量范围等。 对于动力蓄电池，目前尚无统一的定义，习惯上我们将用于电动汽车，具有大容量、能输出大功率的蓄电池称为“动力电池”。动力电池按其应用一般可分为功率型电池与能量型电池两种，功率型电池功率密度高，可用于瞬间高功率输出，多用于HEV，而能量型电池则具有较高的能量密度，主要用于高能量输出的情况，EV中应用较多。 按其化学组成动力电池又可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池。相对来说，铅酸电池、镍镉电池属于发展较早的动力电池，镍氢电池技术也发展较为成熟，而锂离子电池与燃料电池技术则具有良好的发展前景，是以后研究的重点

23、。下图列出了不同类型电池各自的特点：4 电动汽车动力电池测试与评价电动汽车动力电池测试与评价动力电池动力电池铅酸电池：铅酸电池：工艺成熟、成本较低、大电流放电性能好、安全性好；较低的比功率与比能量值、循环寿命较短、污染环境。镍镉电池：镍镉电池：具有较好的充放电倍率特性；污染环境、循环寿命限制、有记忆效应。燃料电池：燃料电池：具有相当高的比能量，但可靠性不够，使用有局限性。镍氢电池：镍氢电池：充放电倍率大、无污染、无记忆效应；工作电压低、质量较大。锂离子电池：锂离子电池：工作电压高、比功率比能量比体积大、无记忆效应、循环寿命长、无污染，为我们目前研究的重点。 化学电池品种繁多，性能各异。常以表征

24、其性能的指标有:电性能、机械性能、储存性能等，有时还包括使用性能和经济成本。 电性能包括电动势、开路电压、工作电压、内阻、充电电压、电容量、比能量(比功率)和使用寿命等。 储存性能主要取决于电池的自放电大小。 总工技术开发电池开发材料研发电池的性能参数1、电动势 电池的电动势，又称电池的标准电压或理论电压，为电池断路时正负两极间的电位差。2、开路电压 电池的开路电压是无负荷情况下的电池电压。开路电压不等于电池的电动势，且总小于电动势。 3、电池的内阻 电池的内阻包括:正负极板电阻、电解液电阻、隔离物电阻和连接体电阻等。单个电池所呈现的内阻，就是上述电阻的总和; 电池组的内阻，就是单个电池的电阻

25、再乘上所串联的电池只数。电池的内阻，在放电的过程中会逐渐增加，而在充电过程中则会逐渐减小。所以，在电池充放电过程中，端电压会因其内阻的变化而变化。端电压在放电时低于电池的电动势，充电时又高于电池的电动势。4、充放电电压a、额定电压(或称公称电压)，系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压:b、工作电压，指电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围;c、中点电压，指电池充放电期间的平均电压或中心电压:d、终止电压，指电池充放电终止时的电压值，视负载和使用要求不同而异。5、电池容量 a、理论容量:理论容量系指根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数计算得到的电量。 b、实际容量:实际容量

26、系指在一定的放电条件下，即在一定的放电电流和温度下，电池在终止电压前所能放出的电量。 c.额定容量: 额定容量系指在设计和生产电池时，规定或保证在指定的放电条件下电池应该放出的最低限度的电量。电池的容量与电池的放电倍率、放电形式、放电终止电压和放电温度等放电条件有关。 电池的放电电流强度用放电倍率(简称放电率)来表示。定义: 电倍率=额定容量(Ah)/放电电流(A)也就是说，电池的放电倍率用放电时间来表示，或者说以一定的放电电流放完额定容量的电量所需的小时数来衡量。例如: 某电池的额定容量为100Ah，若用50A的恒流放电，则放完100Ah的电量需要2小时，我们说用2小时率放电，用符号“C/2

27、”或“0.5C”表示。 若用1小时率的恒流放电，放完100Ah的电量，放电电流为100A，用符号“1C”表示。所以放电倍率所表示的放电时间越短，即放电倍率就越高，放电电流越大。6、比能量和比功率 电池的输出能量:是指在一定的放电条件下电池所能做出的电功，它等于电池的放电容量和电池平均工作电压的乘积，其单位常用瓦时(Wh )表示。 电池的比能量有两种表示方法： 一种是质量比能量，用瓦时/千克(Wh/kg )表示; 另一种是体积比能量，用瓦时/升(Wh/L)表示。 它是比较电池性能优劣的重要指标。必须指出，单体电池和电池组的比能量是不一样的，由于电池组合时总要有连接片、外部容器等，故电池组的比能量

28、总是小于单体电池的比能量。 电池的功率是指在一定的放电条件下，电池在单位时间内所放出的能量。其单位常用瓦(W)或千瓦(kW)表示。 电池的单位质量或单位体积的功率称为电池的比功率，它的单位是瓦/千克( W/kg)或瓦/升(W/L)。 如果一个电池的比功率较大，则表示在单位时间内，单位质量或单位体积中放出的能量较多，即表示该电池能用较大的电流放电。因此，电池的比功率也是评价电池性能优劣的重要指标之一。 随着全球市场电动汽车商品化步伐的日益加快，对高功率和高能量动力电池需求迅速增加。为保证电池基本性能水平、获得电池基本数据，相关的标准测试方法必不可少。目前主要关注的测试内容有：电性能测试与评价、安

29、全性能测试、环境性能测试、管理功能测试、其他性能测试与评价（模块一致性、实际应用模拟测试等）。下面的内容为各测试内容的简单介绍及我们试验室所做的两个电池测试项目的介绍。 电性能主要包括电源系统的能量、功率、自放电、寿命、贮存等性能。某些参数的检测和比较可以采用电池、模块进行，某些性能必须用电池包或成套系统进行测试。 测试基本条件：环境温度行业要求一般为205；样品初始条件的一致性，为进行后续测试应在每次充放电后设置60min的搁置时间，以允许测试对象达到稳定电压和温度条件。其他就是测试方法、电流、工况等。所有测试必须严格注明测试条件，包括电池的状况，如所处的寿命阶段（新电池、循环一定次数的电池

30、等）、环境条件、测试设备状况、测试人员等。4.1 电性能测试与评价电性能测试与评价 恒流放电性能：恒流放电性能： 主要检测在常规条件下的系统容量。EV以(1/3)C，HEV以1C放电倍率放电，一般允许最多5次测试，测试以连续2次放电容量差别不超过2%表明容量测试准确。 对于单体电池与模块，一般要求放电容量不低于额定容量的100%，不高于额定容量的110%。但对于整个系统的容量要求，目前无统一标准，通常是控制在90%以上。 功率能力：功率能力： 1、倍率放电容量 主要测试倍率放电性能。测试对象以模块为宜。行业标注要求 对于容量型电池倍率放电容量不低于额定容量的90%，功率型电池 不低于额定容量的

31、80%。2. 峰值充放电功率 容量型电池的峰值放电功率；主要评价两个参数：放电的持续时间、电池的SOC或DOD。 功率型电池的峰值充放电功率；HPPC测试法及JEVS测试法，测试关键在于控制两个参数：持续时间与电池SOC。 内阻测试：内阻测试： 单体电池内阻测试一般用交流法：利用电源等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1000Hz、毫安级的恒定电流，对其电压进行采样、整流、滤波等一系列处理从而精确测量内阻。电池的内阻与SOC、温度及电池的历史状态有关。 对整个电源系统，测试直流内阻更有意义。因为其更能反映系统的功率特性，不仅包括了单体电池的内阻，也包含了所有连接的电阻。 国家863计划蓄电池性

32、能测试规范中，是采用模拟工况来进行直流内阻测试的。 恒功率放电性能测试恒功率放电性能测试 主要针对EV应用。相比恒流放电仅考察电池的容量，恒功率放电测试更接近整车的应用情况，可以提供电池在EV应用水平范围内持续放电的能力。 USABC对恒功率放电制定了详细的测试方法。包括三种功率水平下的放电，分别为在1h、2h、3h内达到完全放电的恒功率水平。若某一放电速度导致电池过热或超过电池工作温度，则取消该速率下的放电测试。 变功率放电性能测试变功率放电性能测试 用于测定电动车的驱动行为对电池性能及寿命的影响，主要根据EV工况循环制度测试。变功率放电制度主要根据车辆工况制度来制定。 有用能量的测试有用能

33、量的测试 整车的实际应用中，为保证电池组的寿命，减少故障率，一般不是在电池所有可提供的能量范围内使用，有用能量即在正常应用情况下电源系统可提供的最大能量。 以整套系统为检测对象，开启管理系统与冷却系统，采用充电机进行充电，放电由管理系统来进行终止控制，模拟整车应用工况，测试终止时的实际放电能量。对于HEV，根据规定的SOC应用范围进行整车工况运行模拟测试，可测量系统的有用能量。 充电性能测试充电性能测试 对于HEV，充电性能主要指大电流反馈能力，即前面所述峰值充电功率。对于EV，充电性能包括常规充电与快速充电。 1、常规充电；一般电池供应商均提供了详细的充电方法。常规充电时间、充电稳定性、充电

34、效率等方面的因素。 2、 快速充电；目的是确定电池的快速充电能力以及快速充电的效率和对电池的影响。具体操作细节可参照国家标准(QC/T 743-2006)。 自放电（荷电保持能力）自放电（荷电保持能力） 蓄电池长时间不使用的话，自耗电会引起容量损耗。自放电测试的结果可作为SOC判断校正的依据，为电源系统的贮存和维护提供依据。国家汽车行业标准对自放电有常温检测和高温检测两种。对于锂离子电池，要求常温与高温荷电保持能力不低于80%。 能量效率测试能量效率测试 能量效率=放电能量(Wh)/充电能量(Wh)100%； 能量效率的考核必须在所有管理系统功能均开启的情况下进行测试，因为管理系统、冷却系统的

35、运行均要消耗一定的能量。 贮存性能测试贮存性能测试 主要应考察电池性能，以模块为考核对象。国家行业标准中的贮存性能测试为：蓄电池荷电SOC为33%，在常温下贮存90天，然后按常规方法充电、容量测试，允许连续循环5次进行测试，电池放电容量不能低于额定容量95% 循环寿命测试循环寿命测试 包括常规循环寿命测试与工况循环寿命测试，具体相关操作可参照QC/T 743-2006。 安全性能是电源系统最重要的指标，不同测试项目对应不同的电池类型，某些测试采用单体电池、模块进行，有些则必须采用电池包进行。 安全性能测试的基本条件： 1. 所有安全性能测试必须在有安全防护的条件下进行； 2. 在测试过程中，可

36、能需要解除一些外加的保护功能，如管理系统的电压限制、电流限制等； 3. 对于部分测试，可以开启冷却装置。 安全性能的测试项目主要包括电学性能测试、机械性能测试、热性能测试及环境条件测试。4.2 安全性能测试安全性能测试 电学安全性能测试电学安全性能测试 主要包括电池的过充电测试、过放电测试及短路测试。 机械滥用性能测试机械滥用性能测试 包含的测试有：穿刺试验、挤压、跌落、浸水、旋转模拟、机械冲击、震动性能测试、撞击试验、绝缘和耐压检测等。具体操作可参照相关标准，如GB18384.1-2001、GB18384.3-2001等。 热滥用测试热滥用测试 主要的测试内容有热稳定性、模拟燃料燃烧、高温贮

37、存测试及快速充放电测试。 环境条件安全测试环境条件安全测试 包含的内容有高温高湿测试、热冲击循环、低气压试验等。 环境性能测试主要检测环境温度对电源系统性能和功能的影响。如高温放电、低温启动等。BMS等可以参考相关电器标准进行测试。 高温放电高温放电 主要测试55时电池或电池模块的性能，仍沿用常规电池标准中的相关高温性能测试方法。 低温放电与低温启动低温放电与低温启动 从电动汽车实际应用来说，考核低温启动性能比低温放电性能更有意义。因为在低温情况下，只要电源系统能够启动，随着电池的使用，温度会逐渐升高，一般不会存在低温连续放电问题。但目前大部分动力电池的低温启动性能仍不满足要求。 防护性能防护

38、性能 主要是防水、防尘测试以及车辆在清洗、暴雨等涉水情况下的绝缘性能。通常在整车上进行测试。4.3 环境性能测试环境性能测试电池组管理系统电池状态信息采集电池SOC估算策略电池组热管理策略电池组一致性策略电池组能量管理电池故障诊断与安全电池组信息交互电池组寿命预估八大主要功能八大主要功能 管理系统的测试主要包括三部分：管理功能的测试、测量精度的检测、热管理系统的测试等。管理系统其他性能如EMC等需要满足汽车电器元件相关标准的要求。 管理功能管理功能 1. 运行状态监测；包括参数的监测、参数精度检测等工作。 2. 电池荷电状态(SOC)估算；目前无统一检测方法，试验室的测量测量方法方法通常为：首

39、先安放好所有电压、电流检测点，再将动力电源系统样机按正常工作要求连接到位，接通BMS电源。在(205)条件下，用规定的充电电流将系统充电到一定的SOC，然后按设定工况进行循环，循环至SOC显示分别为上、下限、控制中心值时，以规定的电流放电到规定的终止电压，比较实际的SOC值与显示值差别，即为检测精度。 3. 健康度（SOH）估算；目前也无统一的检测方法，通常为电源系统的使用寿命。显示电池的累计循环次数或剩余寿命次数或百分数。 4. 电池故障诊断与安全保护。4.4 管理功能测试管理功能测试 热管理系统热管理系统 主要有冷却系统的开、关与温度均匀性的控制测试。 通信功能通信功能 包含接口和通信协议

40、、BMS内部通信以及BMS与显示仪表的通信等内容。 电气试验电气试验 测试内容有：BMS电源输出电压上升时间、电源纹波、控制电源（U+和U-）反接。 BMSBMS电流消耗电流消耗 包括工作状态的电流消耗及睡眠功耗测试。 均衡功能测试及抗扰度的测试均衡功能测试及抗扰度的测试 具体指均衡电压范围、电流、均衡效果的测试及抗扰度测试。 一致性检测一致性检测 主要针对系统内各单体电池的电压。对于其他如单体电池容量、内阻等在系统中是无法进行测试或测试起来比较困难。一致性目前无统一的标准或检测方法。标准QC/T 743-2006中采用标准差系数来评价一致性，但无评价标准。 实际应用模拟测试（包括环境温度影响

41、）实际应用模拟测试（包括环境温度影响） 目的是在合理的工况下模拟电池在实际应用中的情况。目前世界范围内车辆测试用行驶工况可分成美国行驶工况（USDC）、欧洲行驶工况（EDC）和日本行驶工况（JDC）。我国汽车行驶工况研究起步较晚，国家科技部在“十五”863电动汽车重大专项中，设立了我国乘用车和城市客车典型行驶工况研究课题，2005年公布了典型乘用车和城市客车的运行工况（稳态与瞬态）。4.5 其他性能测试与评价其他性能测试与评价试验一：试验一：单体锂离子动力电池热效应单体锂离子动力电池热效应试验试验 试验目的是观察不同充放电倍率下电池的温升变化，研究锂离子电池温升与充放电倍率之间的关系，深入理解

42、锂离子动力电池工作过程中的热效应，为电池单体温度场模拟提供试验验证；另外，还对锂离子电池充放电过程内阻特性和开路电压特性进行了试验研究，为电池热场模拟所需热源计算提供数据支持。 主要试验设备：主要试验设备：宁波拜特（BTS15005C）电池充放电仪、重庆威尔高低温试验箱（HL-404C）、温度采集仪、计算机，试验电池采用的是某企业生产的3.7V/45Ah的锂离子电池。4.6 电池试验实例电池试验实例电池试验设备连接图a) 宁波拜特充放电仪 b) 高低温试验箱电池试验设备实物图电池温度传感器布置方案试验二：试验二：锂离子动力电池不同倍率放电过程温升试验：锂离子动力电池不同倍率放电过程温升试验：试

43、验过程；使用前面搭建的试验平台，在应用软件BeltControl程序的控制下对锂离子动力电池进行不同倍率充放电温升试验。根据纯电动汽车行驶工况的目标功率需求，动力电池在车辆行驶过程中通常充放电电流在30200A之间，因为受到试验设备放电范围的限制，本次试验只研究0.5C、1C、1.5C等不同倍率充电过程温升和1C、2C、3C等不同倍率的放电过程温升。试验结果分析；常温下充电过程和放电过程所记录的试验结果数据分别如下面表格所示，记录了电池充放电时间和充入、放出容量大小。充电倍率充电倍率 充电电流充电电流 充电时间充电时间 充电容量充电容量 0.5C 22.5A 125min 46.875Ah 1

44、C 45A 62min 46.50Ah 1.5C 67.5A 38min 42.75Ah 常温（25）充电过程参数放电倍率放电倍率 放电电流放电电流 放电时间放电时间 放电容量放电容量 1C 45A 59min44.25Ah 2C 90A 27min 40.5Ah 3C 135A 16min 36.0Ah 常温（25）放电过程参数 试验过程中，温度采集仪实时采集电池表面的温度并记录保存，试验结束后，通过对保存的温度值分析处理得到锂离子动力电池单体充放电过程中温度场试验结果（下图）。下面对试验结果及影响电池温度场分布的主要因素进行具体分析。不同充电倍率下电池表面温度变化不同放电倍率下电池表面温度

45、变化 左图显示不同充电倍率时，电池表面平均温度随充电时间的变化情况。可以看出，锂离子电池温度在整个充电过程中是不断上升的，开始一段时间上升速率很大，这主要是因为在充电初期，电池内阻比较大（从后面的内阻测量试验结果可知），生热比较多，并且电池温度与环境温度相差不大，散热量较少。随着充电的进行，电池内阻是逐渐减小的，使得内阻的发热功率变小，生热量减少，呈现出生热量与散热量达到平衡的趋势，所以电池表面温度上升速率逐渐降低。不同的充电倍率，电池温升速率变化不同，0.5C充电过程温度上升非常缓慢，并且在温度较低时生热量与散热量就开始趋于平衡，温度几乎不再上升。而随着充电倍率变大，电池发热功率变大，温度上

46、升速率加快。由此可以得到，在恒流充电过程，充电倍率越大，电池的发热功率也越大，整体上电池的温升也相应的增大。如果锂离子动力电池充电电流继续增大，可能导致电池温度过高而失效，甚至发生爆炸，因此在锂离子动力电池充电时要考虑控制其充电电流和充电过程中的温升速率。 右图显示不同放电倍率时，电池表面温度变化情况。可以看出，不同的放电倍率，电池表面温度随放电时间均不断升高，放电电流越大，温度升高的越快，并且在放电后期电池的温升出现急剧增加的趋势。主要原因是随着放电电流的增大，电池的发热功率增大，而电池与环境之间的散热量基本不变化，使得电池温度增加较快。在电池放电后期，电池内阻不断增大，极化现象也明显加强，

47、从而使得电池的发热功率急剧变大，引起温度急剧升高，所以会出现电池温升急剧增大的趋势。在1C、2C、3C等不同倍率放电条件下，放电结束后电池表面的温度分别升高了17.98、32.18、39.79。试验同时说明了放电电流对动力电池及电池组性能的影响，动力电池放电时的温升可能会导致其大电流放电性能变差，因此进行锂离子动力电池及电池组使用过程中热效应的研究对于有效提高其高倍率放电能力具有重要的意义。试验三：试验三：锂离子动力电池内阻特性及开路电压特性锂离子动力电池内阻特性及开路电压特性试验：试验： 电池内阻的测量采用前面所述的HPPC法，常温下锂离子电池内阻和开路电压测试步骤如下： a. 将电池充电至

48、SOC=100%，静置1h冷却至常温； b. 设置恒温箱温度为常温25，测量开路电压Uocp，记录数据即得到电池在常温、SOC=100%状态下的开路电压值，对电池进行一次HPPC试验，记录一个脉冲充电过程中电池电压变化，根据电池内阻特性HPPC试验原理，可以得到SOC=100%状态下的电池充放电欧姆内阻和总内阻； c. 用1C/3（15A）放电电流对电池恒流放电，分别调至SOC在0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1附近依次进行HPPC试验，每次试验结束后静置至常温下准确记录开路电压值Uocp和充电过程中电压变化，即可得到各个SOC状态下的充放电欧姆内阻和总内阻

49、； d. 将电池放空，即SOC=0%，静置测量得到SOC为0时开路电压，为保护电池，在SOC=0时不进行HPPC试验； e. 分别设置控制温度为0和45，重复以上步骤，准确记录试验数据，得到不同温度下锂离子动力电池充放电内阻与SOC的关系和SOC-Uocp关系曲线。 试验数据处理： 1. 内阻特性研究 根据HPPC试验记录数据计算得到0、25和45三种不同温度下电池内阻，放电过程及充电过程总内阻及欧姆内阻特性变化曲线。0条件下锂离子动力电池内阻（m）25条件下锂离子动力电池内阻（m）45条件下锂离子动力电池内阻（m）三种不同温度下锂离子动力电池放电内阻特性曲线 由三种不同温度下充放电过程中内阻

50、变化曲线可知，温度为25时锂离子动力电池充放电内阻曲线明显地倾向于温度45时内阻特性曲线，这说明电池的内阻在高温下变化较小，相对来说对低温比较敏感，温度越低，内阻上升越大。图7 三种不同温度下锂离子动力电池充电内阻特性曲线 2. 开路电压特性研究 HPPC测试内阻试验过程中同时记录了锂离子动力电池在三种不同温度、不同SOC下的开路电压Uocp数值，如下表所示。对这些数据进行整理可以得到锂离子动力电池在0、25和45三种不同温度下充放电过程开路电压变化特性（SOC-Uocp）曲线，如图8所示。HPPC测试试验中记录不同SOC下的开路电压值 从上面的SOC-Uocp特性曲线图可以看出，锂离子动力电

51、池的开路电压随着电池SOC的降低而呈现单调减小的趋势，在SOC值0.90.2很宽广的区间范围内曲线变化非常平缓，这说明在此SOC变化区间里，动力电池的开路电压Uocp变化很小；但是当锂离子动力电池三种不同温度下锂离子动力电池SOC-Uocp特性曲线 SOC值小于0.2时，随着SOC值的下降，其开路电压Uocp值降低得非常快。不同温度下试验测量得到的SOC-Uocp曲线不同，从图中可以看出温度越低，曲线越低，即开路电压越小。但是在045的温度范围内，其开路电压Uocp随温度变化量很小。从试验记录数据可以发现，在SOC值小于0.9之后，45与25下开路电压的差值要比25与0下开路电压差值小，也就是

52、说低温下Uocp值略偏低，但是偏低量和温度减小值之间并不是线性关系。而且在温度低于60时，随着温度变化，动力电池开路电压变化量不是很明显。试验四：镍氢电池组性能试验及试验数据处理：试验四：镍氢电池组性能试验及试验数据处理： 试验目的与对象：试验目的与对象：试验目的为全面测试电池组的性能。试验对象为某厂家提供的72V/6.5Ah镍氢电池组，电池组内部安装有10个7.2V/6.5Ah单元电池，每个单元电池由6个1.2V/6.5Ah单体电池串联而成。电池质量/kg电池尺寸/mm额定容量/Ah工作温度/16.4543040662.56.5-207072V/6.5 Ah镍氢电池组的规格数据镍氢电池组实物

53、及内部结构 试验仪器：试验仪器：Arbin电池测试系统、电源保护开关、144V/6.5Ah镍氢电池组、电池能量管理系统（BCM）、温度传感器若干、信号采集卡、计算机二台。试验系统组成示意图 Arbin系统温度测试端口和电池内部温度传感器太少，试验时在电池组中增加了52个温度传感器，以实时监测电池组的温度场变化情况。图11 电池组温度传感器分布图 电池组共10列，每列6个电池单体，温度传感器安排如图，需要48个温度传感器(小黑色方块表示传感器布置位置）。4个传感器备用。共计52个温度传感器。 试验流程：试验流程：为全面测试电池组的性能，结合试验条件，进行了低温（-30、-20、-10）、常温、高

54、温（40、50）下的试验方案设计，编制了Arbin系统试验程序，按照试验要求，进行了以下试验:常温下的电池试验：恒流充放电。分别以3.25A，6.5A，13A，19.5A恒流充放电；SOC值为20%80%时脉冲（19.5A、26A、32.5A）充放电试验；SOC值为40%80%时大电流（40A、50A、60A、70A、80A）放电试验；SOC值为40时以100A大电流放电试验；制动能量回馈工况（试验只做到60A充电，电池组总电压超过保护电压190V，停止该试验）。 下面两个图是镍氢电池组在试验温度分别为常温、50下SOC值为40%80%时大电流（40A80A）放电的第5秒、第10秒内阻图。由图

55、可知，电池组内阻随着SOC值的升高和放电时间的延长而增大，随着放电电流的增大而减小；高温时，电池组内阻在以60A放电时最大，随放电电流的降低/升高而减小。试验表明，电池组内阻随着温度升高而减小，放电效率随放电时间延长而降低，因此在使用中要设定放电终止时间以保证电池组在高效区运行。 常温下大电流（40A80A）放电内阻 50下大电流（40A80A）放电内阻 2、常温、高温、低温放电特性 由于混合动力电动汽车的辅助动力源电池的SOC值一般在20%80%之间，电池在不同SOC值时的不同性质对于建立电池模型和设计电池管理系统有重要影响。掌握电池的充放电效率特性对于判断电池的最佳工作区和电池工作循环效率有着重要的意义，因此必须研究不同SOC值时的大电流放电性能。 a) 常温放电特性；右图给出了常温下SOC值为40%80%时(40A80A)放电效率图。下一页的曲线图则给出了电