动力电池管理及维护技术（第3版）课件3.性能测试

动力电池管理及维护技术

第三讲：车用动力电池特征及测试目录CONTENTS23.1

车辆对动力电池的要求3.2

动力电池典型测试设备3.3

动力电池基本测试方法3.1车辆对动力电池的要求1.电动车辆驱动分析电动汽车由动力电池组输出电能给驱动电机，驱动电机输出功率，用于克服电动汽车本身的机械装置的内阻力及由行驶条件决定的外阻力消耗的功率，实现能量的转换和车辆驱动。3.1车辆对动力电池的要求1.电动车辆驱动分析Ft=Ff+Fw+Fi+Fj汽车行驶方程式可知,车辆的驱动力应与汽车的行驶阻力平衡式中,Ff

为滚动阻力;Fw

为空气阻力;Fi

为坡度阻力;Fj为加速阻力。Ff=mf汽车的滚动阻力汽车的坡度阻力汽车的加速阻力汽车的空气阻力3.1车辆对动力电池的要求1.电动车辆驱动分析Pv=va（Ff+Fw+Fi+Fj）PB=PV/

M

EEr=

PB(t)dt驱动车辆所需要的功率为动力电池组所需要提供的功率电动车辆行驶所需的能量是功率与行驶时间的积分，即动力电池主要用于为纯电动车辆、混合动力车辆等提供动力。而动力电池组的储能量是有限的,为了满足车辆行驶的需要,高的能量存储量对于各种电动车辆都是必需的。3.1车辆对动力电池的要求2.车用动力电池的特征3.1车辆对动力电池的要求纯电动场地车辆的道路运行工况通常是事先确定的。例如，用于搬运货物的电动叉车在工作时间之内，自身移动和搬运货物的路程是特定的。因此,在这种应用条件下,可以较为精确地计算出执行具体任务时车辆所需的能量。每一次车辆运行需求能量与运行次数相乘即可求出满足要求的电池所需的能量。设计的设计容量要比计算容量大些。现有动力铅酸电池能满足正常工况下电动叉车能量和功率需求，在起重工况大质量的电池组还可以平衡有效载荷。

1.纯电动车辆——场地车辆对于纯电动道路车辆而言,动力电池能量越大,可以实现的续驶里程越长,同时动力电池组的体积和质量也越大。动力电池组要有足够的能量和容量,同时要保证能够耐受较大的充放电电流；要能够实现深度放电(如80%DOD)而不影响其使用寿命,必要时能够实现满负荷功率和全放电。电池箱的设计、动力电池的空间布置和安装等问题都需要根据整车的空间、前后轴的配比进行具体设计。3.1车辆对动力电池的要求1.纯电动车辆——道路车辆2.混合动力车辆3.1车辆对动力电池的要求与纯电动车辆相比,混合动力车辆对动力电池的能量要求有所降低,但是还需要能够根据整车要求实时提供更大的瞬时功率,即实现“小电池提供大电流”。3.1车辆对动力电池的要求动力电池系统从设计到使用角度包括以下几个重要的评价指标：（1）能量。高能量对于电动车辆而言，意味着更长的纯电动续驶里程。作为交通工具，续驶里程的延长可有效提升车辆应用的方便性和适用范围，因此，电动汽车对动力电池的高能量密度的追求是永不会停下的。（2）功率。车辆作为交通工具，追求高速化，也就是对于车辆动力性提出了高的要求：实现良好的动力性要求驱动电动机有较大的功率，进而要求动力电池组能够提供驱动电动机高功率输出，满足车辆驱动的需求。（3）安全。动力电池作为高能量密度的储能载体，自身也存在一定的安全隐患，因此要特别重视其安全性能。3.动力电池评价指标3.1车辆对动力电池的要求（4）寿命。动力电池长寿命，直接关系到动力电池的成本。车辆应用过程中电池更换的费用，是电动汽车使用成本的重要组成部分。（5）成本。动力电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法和生产规模有关，目前新开发的高比能量的电池成本较高，使得电动汽车的造价也偏高，开发和研制高效、低成本的动力电池是电动汽车发展的关键。3.动力电池评价指标3.2动力电池典型测试设备电池检测仪器主要包括充放电性能试验设备（充放电设备、温度测量设备、内阻检测设备）、环境模拟试验设备（温度、湿度、振动、温度冲击）、电池滥用试验设备（挤压试验机、针刺试验机、冲击试验机、跌落试验机）等。1.硬件测试设备1.充放电性能试验设备电池充放电性能检测是最基本的性能检测，一般有充放电单元和控制程序单元组成，可以通过计算机远程控制动力电池恒压、恒流或设定功率曲线进行充放电。动力电池组充放电测试设备电池单体和电池包的充放电测试3.2动力电池典型测试设备电池内阻作为二次测试参数，测试方法包括方法电流法、交流电桥法、交流阻抗法、直流伏安法、短路电流法和脉冲电流法等。现在设备厂家研制生产的电池内阻测试设备多事采用交流法为基础进行的测试。内阻测试仪3.2动力电池典型测试设备电池在充放电过程中的温度升高是最重要的参数之一，但一般的测试只能测量电池壳体的典型位置参数，一般在充放电的设备上带有相应的温度采集系统，具有进行充放电过程温度数据同步的功能。刀片电池测试装置及其热成像仪图非接触式测温仪和热成像仪3.2动力电池典型测试设备动力电池常用的应用环境模拟包括温度、湿度，以及在车辆上应用时随道路情况变化而出现的振动环境。因此，在环境模拟试验中主要考虑这三个方面。刀片电池振动测试场景电池三综合试验台及温度冲击试验箱2.环境模拟试验设备3.2动力电池典型测试设备电池滥用试验设备是模拟电池车辆碰撞、正负极短路、限压限流失效等条件下，是否会出现着火、爆炸等危险状况的试验设备。电池针刺试验机电池短路试验机电池挤压试验机电池燃烧试验机3.电池滥用试验设备3.2动力电池典型测试设备安全测试和其他测试最大的区别是，可以预见电池大概率会失控起火，所以对测试场地有特殊要求，必需在满足特殊要求的安全房内部进行测试，以保障人员安全和环境许可安全测试房条件要求3.2动力电池典型测试设备仿真测试，即模拟实际的运行工况而进行的试验。根据仿真测试所采取的手段，可以分为硬件仿真和软件仿真。硬件仿真是根据实际运行工况设定一定的测试要求，并通过上述的测试设备进行模拟试验来达到仿真测试的目的。2.软件仿真工具MATLAB是当今最流行的通用计算软件之一，Simulink是基本MATLAB的图形化仿真平台，是MATLAB提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包，Simulink和MATLAB之间可以灵活进行交互操作。电池模型可以在MATLAB/Simulink的环境下编程，以此作为电动汽车的电源进行仿真。1.MATLAB/Simulink仿真平台MATLAB/Simulink仿真平台3.2动力电池典型测试设备ADVISOR是由美国可再生能源实验室在MATLAB和Simulink软件环境下开发的电动汽车仿真软件。该软件从1994年开始开发与使用，它也是目前世界上能在网站免费下载和用户数量最多的电动汽车仿真软件。该软件2003年被其竞争对手奥地利李斯特内燃机及测试设备公司AVL收购了版权，此后AVL公司停止了对ADVISOR的研发更新，全心研发和销售其CRUISE软件。2.ADVISOR和CRUISE软件仿真平台AVLCRUISEM仿真平台专门设计用于车辆多物理系统仿真（图3-16），和高度灵活、多层次的建模方法相结合，同时集成了第三方工具的标准接口FMI，无缝地将发动机热力循环、尾气净化装置系统、冷却和润滑系统、车辆传动系统以及控制系统集成到统一的仿真平台上。3.2动力电池典型测试设备AVLCRUISE

M软件仿真平台有限元分析是对应用与结构力学分析迅速发张起来的一种现代计算方法。它是20世纪50年代首先在连续体力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效数值分析方法，随后广泛地被应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。3.ANSYS有限元仿真平台3.2动力电池典型测试设备ANSYS有限元仿真平台3.3动力电池基本测试方法动力电池测试是电池研制、出厂检测、产品评估等的必要手段。作为电动汽车的能量源，从保证交通工具必要的性能和安全性角度出发，汽车汽车行业管理部门也对动力电池、动力电池组甚至动力电池系统的测试制定了详细的测试规程和检验标准。对于电池测试来说，按照不同层级，分为单体测试、模组测试和包体测试。测试对象不同，涉及到的测试标准方法和测试设备也有所不同。特性动力性可靠性耐久性安全性3.3动力电池基本测试方法电池电性能和循环寿命是重要的基础性测试项目，目前相关的测试标准为GB/T31484-2015和GB/T31486-2015，是由QC/T743-2006标准演化而来，在此基础上进行升级，制订了更符合电动汽车实际使用情况的标准规范。1.电性能及循环寿命要求及试验方法3.3动力电池基本测试方法2.高功率及高能量应用测试规程前述两个国标GB/T31484-2015和GB/T31486-2015是侧重于电池单体和模组层级的检验规范，而GB/T31467则是侧重于电池包或电池系统级的检验规范。GB/T31467-2023《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法》代替了原有GB/T31467.1-2015和GB/T31467.2-2015与GB/T31467.1-2015和GB/T31467.2-2015相比更新修改了很多具体的试验方法。3.3动力电池基本测试方法3.车用动力蓄电池安全要求电动汽车在发生事故的情况下，存在电击、碰撞、腐蚀、燃烧和爆炸的风险，动力蓄电池因其可能存在的化学能非正常释放所造成的潜在危害，国家标准围绕化学能的防护做了严格的规范。最新的国家标准为GB38031-2020，是由GB/T31485-2015和GB/T31467.3-2015合并升级而来，并由推荐性国家标准更改为强制性国家标准。3.3动力电池基本测试方法4.车载可充电储能系统安全要求GB18384-2020《电动汽车安全要求》适用于车载驱动系统的最大工作电压是B级电压的电动汽车，不适用于行驶过程中持续与电网连接的道路车辆。主要技术变化有：修改了高压警告标记；增加了顶部充电装置的豁免要求；将绝缘电阻监测要求从可选要求修改为强制要求；修改了电容耦合要求中的部分内容；增加了整车防水要求的等同要求，即零部件防水要求；增加了REESS热事件报警要求；修改了绝缘电阻的测量方法；增加了绝缘监测功能验证试验；增加了Y电容存储电量的计算公式。3.3动力电池基本测试方法5.动力电池测试虚拟仿真试验在传统试验教学中，由于试验器材、场地等限制，导致实验成本较高，且电池检测试验具有一定的危险性。通过虚拟仿真技术，模拟真实的试验环境及操作流程，可以避免高昂的试验器材