新能源電機(jī)與動(dòng)力電池測試和評(píng)價(jià)

1、新能源電機(jī)與動(dòng)力電池測試和評(píng)價(jià)1.1滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力W彈性輪胎的遲滯損失：輪胎反復(fù)變形時(shí)其內(nèi)部摩擦引起的能量損失。22ua2Fx1 1 1 加載卸載a FzK 3 2 3 K WChDF卸載加載E0 1 、形成機(jī)理2 、計(jì)算公式汽車整備質(zhì)量重力加速度滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)的大小和路面的種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)坡道角 渦流 (負(fù)壓力)汽車表面氣流流線圖分離區(qū)分離區(qū)p小, u大(正壓力)層流放大的粘性邊界層空氣阻力分為壓力阻力摩擦阻力 占9%形狀阻力 占58%干擾阻力 占14% 內(nèi)循環(huán)阻力 占12%誘導(dǎo)阻力 占7%1 、形成機(jī)理2、 空氣阻力的構(gòu)成 汽車直線行駛時(shí)受到的空氣

2、作用力在行駛方向上的分力成為空氣阻力。1.2 空氣阻力空氣阻力空氣阻力系數(shù) 一般取值0.3左右相對(duì)速度空氣密度 取值1.2258迎風(fēng)面積3 、計(jì)算公式1 、形成機(jī)理2、 計(jì)算公式 當(dāng)汽車上坡行駛時(shí)，汽車重力沿坡道的分力表現(xiàn)為汽車坡度阻力。坡道角1.3坡度阻力坡度阻力1 、形成機(jī)理2、 計(jì)算公式 汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，就是加速阻力 。汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 由于汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。加速時(shí)不僅平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量也要產(chǎn)生慣性力偶矩。加速阻力常寫作：汽車行駛加速度1.4 加速阻力加速阻力 主要與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及傳動(dòng)系的傳動(dòng)比有關(guān) ：車

3、輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.5 加速阻力加速阻力擋位不同，值不同總質(zhì)量越小的車，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)值越大。總質(zhì)量不同，值不同 在湖南湘儀制造的新能源電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架中，通常我們用飛輪的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量來代替汽車的平動(dòng)質(zhì)量，由于臺(tái)架的飛輪不可能做得太大，于是通常采用升速箱來減小飛輪的尺寸。假設(shè)車輛的整車慣量為 ，飛輪慣量為 ，飛輪質(zhì)量為m，升速箱速比為i ，則飛輪的半徑為： 升速箱 尺寸減小2 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 機(jī)械式自動(dòng)變速器機(jī)械式自動(dòng)變速器 AMT（Automated Mechanical Transmission）是在傳統(tǒng)手動(dòng)變速箱的基礎(chǔ)上,應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速

4、理論，以電子控制單元ECU為核心，根據(jù)換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律，通過氣壓、液壓或者電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)控制離合器的分離與結(jié)合、選換檔操作以及發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)起步、換檔的自動(dòng)操縱。2.1 AMT自動(dòng)變速箱系統(tǒng)主要由下列四部分組成：自動(dòng)變速箱系統(tǒng)主要由下列四部分組成： 被控對(duì)象包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速箱； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含電磁閥及離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選、換擋機(jī)構(gòu)等；傳感器包含速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、檔位傳感器、加速度傳感器等； 電控單元包括：各信號(hào)處理單元、CPU單元、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、顯示單元等。 以諸多傳感器代替人的感覺器官來獲取車

5、輛的運(yùn)行狀態(tài)、路面情況及駕駛員意圖，以Flash中存儲(chǔ)的功能強(qiáng)大的程序模仿人的思維過程、以電磁閥的開閉或電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替人的手腳動(dòng)作，通過與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通信實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩調(diào)節(jié)，來完成離合器、變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的自動(dòng)控制。 2.2 AMT的工作原理的工作原理2.3 AMT的分類：的分類：2.3.1 電控氣動(dòng)電控氣動(dòng)AMT 電控氣動(dòng)AMT 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)只有在裝有氣壓系統(tǒng)的大型客車或重型車輛中使用，因此普及率較低；2.3.2 電控液動(dòng)電控液動(dòng)AMT 電控液動(dòng)AMT 系統(tǒng)則是用液壓驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它具有操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、具有一定的吸震與吸收沖擊的能力以及便于空間

6、布置等優(yōu)點(diǎn)。但是在用高速開關(guān)閥控制的系統(tǒng)中，其缺點(diǎn)是溫度的變化會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)中液壓油的粘度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致離合器液壓油管路壓力發(fā)生變化。2.3.3 電控電動(dòng)電控電動(dòng)AMT 電控電動(dòng)AMT 系統(tǒng)就是將自動(dòng)變速器系統(tǒng)中的油門、離合器以及選換擋裝置等執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。取消液壓系統(tǒng)后，使整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，重量更輕，成本更低；直接采用易于控制、精度更高的電動(dòng)機(jī)取代液壓執(zhí)行組件，使得系統(tǒng)動(dòng)作的誤差減少了，控制方法上也更簡單；機(jī)電式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與電液式相比成本更低、能耗更小、維修更方便、對(duì)環(huán)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 AMT起步控制方法起步

7、控制方法 AMT起步性能是AMT系統(tǒng)性能的重要組成部分, 在整個(gè)AMT系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)體系中居于重要的位置。 AMT起步控制的主要性能指標(biāo)是起步過程的沖擊度和滑磨功。沖擊度和滑磨功的大小關(guān)系到整車的動(dòng)力響應(yīng)特性、駕駛舒適性以及離合器使用壽命等車輛的具體性能指標(biāo)。對(duì)于這兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化找出合理的性能平衡點(diǎn)，是AMT起步控制的主要目標(biāo)。2.4.2 AMT的換擋規(guī)律控制的換擋規(guī)律控制 換擋規(guī)律定義：它是指兩排擋間自動(dòng)換擋時(shí)刻歲控制參數(shù)的變數(shù)規(guī)律。 換擋規(guī)律的類型：1、單參數(shù)換擋規(guī)律單參數(shù)換擋規(guī)律：單參數(shù)換檔規(guī)律只有一個(gè)控制參數(shù)，控制參數(shù)可以選油門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速等。 若用油門做控制參數(shù)，大油

8、門升高檔，小油門降低檔，這就無法在低檔時(shí)發(fā)揮出車輛的大牽引力，以適應(yīng)重型車輛爬坡的需要；且松油門制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)仍然在檔，也形成矛盾，加之道路條件復(fù)雜，經(jīng)常要改變油門位置勢必造成換檔頻繁。既影響乘客舒適性，也降低系統(tǒng)壽命。故一般不采取油門開度為單參數(shù)換檔規(guī)律的控制參數(shù)。 若使用車速則可以很好的反映出車輛的運(yùn)行狀態(tài)，故取用相對(duì)穩(wěn)定的車速v作為單參數(shù)換檔規(guī)律的控制參數(shù)。 為了保證重型車輛的動(dòng)力性，單參數(shù)換檔規(guī)律的升檔點(diǎn)通常設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速處附近。2、兩參數(shù)換擋規(guī)律兩參數(shù)換擋規(guī)律：兩參數(shù)換檔規(guī)律一般以車速和油門開度作為控制參數(shù)。在某一油門開度下，當(dāng)車速超過特定值后，變速器就會(huì)換入相應(yīng)的檔位。依據(jù)兩個(gè)

9、參數(shù)對(duì)換檔時(shí)機(jī)進(jìn)行控制，提高了車輛對(duì)路況的適應(yīng)性，駕駛員還可以通過特定的操縱流程進(jìn)行干預(yù)換檔，以便能更好的應(yīng)對(duì)即將出現(xiàn)的路況，提高了車輛性能。3、三參數(shù)換擋規(guī)律三參數(shù)換擋規(guī)律：較于兩參數(shù)換檔規(guī)律，三參數(shù)換檔規(guī)律又引入了車輛加速度，以油門開度、車速和車輛加速度作為控制參數(shù)。由于車輛在使用中的很多時(shí)間處于非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，例如車輛的起步、加速過程等，因此以車輛的穩(wěn)態(tài)行駛為前提的單、兩參數(shù)換檔規(guī)律與車輛的實(shí)際狀態(tài)存在差異，因此在控制參數(shù)中引入加速度，使得換檔規(guī)律更符合車輛的實(shí)際狀態(tài)，可以提高其控制精確度。 單參數(shù)換檔規(guī)律由于控制參數(shù)簡單，適應(yīng)性低，使用范圍有限；三參數(shù)換檔規(guī)律雖然仿真和試驗(yàn)效果良好，但安裝

10、加速度傳感器增加了成本，另外加速度的測量誤差也會(huì)降低其控制精度，所以并沒有得到大范圍的推廣使用；兩參數(shù)換檔規(guī)律介于以上兩者之間，既能夠滿足使用要求又能夠有效的控制成本，因此是現(xiàn)在應(yīng)用范圍最為廣泛的換檔規(guī)律。2.5 AMT的測試手段的測試手段2.5.1 AMT變速器的離合器工作特性的測試變速器的離合器工作特性的測試測試參數(shù)：1.輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩；2.離合器分離力；3.離合器分離行程；4.離合器表面溫度；5.離合器動(dòng)態(tài)響應(yīng)。需求的測試儀器：1、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器；2、力傳感器；3、位移傳感器；4、溫度傳感器；位移傳感器位移傳感器（分離軸承處）（分離軸承處）力傳感器力傳感器離合器拉桿離合器拉桿輸入軸輸入

11、軸輸出軸輸出軸集流環(huán)集流環(huán)溫度傳感器溫度傳感器分離軸承分離軸承變速器前箱體變速器前箱體離合器總成測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖離合器總成測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖湖南湘儀公司離合器總成測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路：湖南湘儀公司離合器總成測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路：1、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器相連；、發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器相連；2、在飛輪上加工、在飛輪上加工2個(gè)通孔用于安裝溫度熱電偶，熱電偶測頭與飛輪和摩擦片的接觸表面平齊，兩個(gè)熱電偶的個(gè)通孔用于安裝溫度熱電偶，熱電偶測頭與飛輪和摩擦片的接觸表面平齊，兩個(gè)熱電偶的輸出信號(hào)通過集流環(huán)輸出；輸出信號(hào)通過集流環(huán)輸出；3、在變速箱前廂體上安裝位移傳感器，位移傳感

12、器測頭與分離軸承相接觸；、在變速箱前廂體上安裝位移傳感器，位移傳感器測頭與分離軸承相接觸；4、采用變速箱前廂體安裝離合器分離杠桿，在離合器拉桿上安裝力傳感器；、采用變速箱前廂體安裝離合器分離杠桿，在離合器拉桿上安裝力傳感器；5、設(shè)計(jì)專用支撐來安裝固定變速器前廂體，離合器輸出軸與慣性飛輪輸入端相連。、設(shè)計(jì)專用支撐來安裝固定變速器前廂體，離合器輸出軸與慣性飛輪輸入端相連。熱電偶熱電偶位移傳感器位移傳感器試驗(yàn)測試用離合器總成安置其中試驗(yàn)測試用離合器總成安置其中離合器試驗(yàn)臺(tái)的功能離合器試驗(yàn)臺(tái)的功能 離合器試驗(yàn)臺(tái)將用來測試AMT變速器的離合器工作性能；檢驗(yàn)離合器中主要元件的耐磨性能；研究AMT變速器換檔

13、過程中離合器的控制策略、調(diào)整控制參數(shù)；分析離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)特性，進(jìn)行離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)等。 開發(fā)離合器性能測試試驗(yàn)臺(tái)測試系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)采集記錄離合器行程、分離力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度，系統(tǒng)能分析離合器分離力與行程的關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)記錄、顯示及曲線顯示。通過程序控制能實(shí)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制，當(dāng)出現(xiàn)離合器溫度過高時(shí)能進(jìn)行警報(bào)提示并自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的安全處理措施，所開發(fā)的測控系統(tǒng)能與AMT的控制單元TCU進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線調(diào)控。2.5.2 AMT綜合性能測試綜合性能測試試驗(yàn)系統(tǒng)組成：發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、離合器總成、夾在裝置（電力測功機(jī)）。1、電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)2、萬向軸/彈性

14、聯(lián)軸器3、支座4、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5、AMT變速器6、12JS200T變速器7、電力測功機(jī)AMT綜合性能測試試驗(yàn)臺(tái)示意圖設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路： 能進(jìn)行AMT操縱系統(tǒng)的響應(yīng)特性、可靠性、耐久性及效率、能耗特性分析。試驗(yàn)研究基于通信技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制算法；在離合器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，研究離合器自適應(yīng)精確控制算法。以換檔品質(zhì)動(dòng)態(tài)綜合最優(yōu)為原則，通過軟件在環(huán)、硬件在環(huán)和臺(tái)架試驗(yàn)，系統(tǒng)研究AMT起步換檔過程的綜合控制策略，為加快執(zhí)行器的設(shè)計(jì)、性能完善以及試制及產(chǎn)品化進(jìn)程奠定基礎(chǔ)。 在初試調(diào)試階段，可采用電機(jī)作為動(dòng)力源來進(jìn)行選換檔控制動(dòng)態(tài)相應(yīng)特性試驗(yàn)研究，為真實(shí)模擬

15、整車運(yùn)行中的各種道路工況，采用高動(dòng)態(tài)電力測功機(jī)作為加載控制裝置。為減少電力測功機(jī)的最大加載扭矩，采用升速箱來降低試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)電力測功機(jī)的轉(zhuǎn)矩和模擬的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而降低成本 慣量是慣性臺(tái)架試驗(yàn)中的重要試驗(yàn)參數(shù)，慣量模擬精度直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。試驗(yàn)臺(tái)常用加載慣量主要有機(jī)械慣量和電慣量兩種形式。3 電慣量電慣量 如下圖：湖南湘儀公司的常用機(jī)械慣量系統(tǒng)為機(jī)械飛輪結(jié)構(gòu),即在主軸上安裝慣性飛輪，使其慣量與被測試試驗(yàn)對(duì)象的慣量保持一致。 機(jī)械慣量系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、控制簡單、加載實(shí)時(shí)、成本低、可靠性高 ，但也有諸多缺點(diǎn)，如： 飛輪一旦加工完成，其質(zhì)量固定不變，這意味著一臺(tái)模擬試驗(yàn)機(jī)一旦組裝而成

16、，其模擬的質(zhì)量就固定下來，除非對(duì)飛輪組進(jìn)行更換，否則不能實(shí)現(xiàn)多樣化的需求； 由于飛輪動(dòng)平衡要求較高，故其質(zhì)量越大，其設(shè)計(jì)和制造要求就越高，這提高了整個(gè)系統(tǒng)的成本； 飛輪組在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大噪聲和振動(dòng)，一旦出現(xiàn)機(jī)械故障，可能會(huì)對(duì)周邊設(shè)備和人員安全造成一定威脅； 普通的飛輪慣量模擬設(shè)備系統(tǒng)龐大，且需要較高的安裝精度，因而安裝和更換飛輪需要花費(fèi)較長時(shí)間。 電慣量技術(shù)就是根據(jù)一定的規(guī)律控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,使得在相同驅(qū)動(dòng)扭矩作用下電機(jī)與機(jī)械慣量飛輪組具有相同的動(dòng)力學(xué)特性。其關(guān)鍵點(diǎn)是使電動(dòng)機(jī)按照一定的控制算法輸出力矩和轉(zhuǎn)速來模擬機(jī)械慣量，即用“電慣量”代替“機(jī)械慣量” 。 相對(duì)于機(jī)械慣量系統(tǒng)，電慣量技

17、術(shù)在設(shè)備尺寸、控制靈活性和慣量模擬精度等方面具有更大的優(yōu)勢。目前電慣量技術(shù)的研究成果大多集中在制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用,涉及變速器試驗(yàn)臺(tái)的較少。 電慣量技術(shù)比較成熟，但成本高,控制系統(tǒng)復(fù)雜，其控制系統(tǒng)需要具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，加載存在一定滯后；同時(shí)，在大慣量加載試驗(yàn)中，完全的電慣量加載要求測功設(shè)備具有足夠大的功率以提供所需慣量負(fù)載。在試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能要求不太嚴(yán)格且加載慣量小的試驗(yàn)中，電慣量是一種非常好的選擇。 用電動(dòng)機(jī)代替原有機(jī)械慣量模擬試驗(yàn)臺(tái)的所有機(jī)械慣量盤(飛輪)，直接用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的力矩模擬被模擬機(jī)械的慣量。這種模擬方法稱為純電機(jī)拖動(dòng)的慣量模擬試驗(yàn)臺(tái)。 用電動(dòng)機(jī)和一個(gè)固定大飛輪來代替原有的機(jī)械

18、慣量試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械慣量盤(飛輪)，這種模擬方法稱為固定機(jī)械慣量的電模擬試驗(yàn)臺(tái)。 用電動(dòng)機(jī)和若干個(gè)小飛輪來代替原有機(jī)械慣量試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械慣量盤(飛輪)，這種模擬方法稱為組合機(jī)械慣量的電模擬試驗(yàn)臺(tái)。 目前存在的電慣量模擬試驗(yàn)臺(tái)的慣量模擬方法大體上分為以下三種 ：電慣量模擬系統(tǒng)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算（以汽車為例）電慣量模擬系統(tǒng)負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算（以汽車為例）汽車的等效慣量：式中：m為汽車質(zhì)量，r為車輪半徑，J為等效慣量。汽車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：式中：T為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，TL為負(fù)載扭矩，為角速度。電慣量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：式中:Te為負(fù)載電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，J1為試驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（1）（2）因?yàn)槠嚻嚺c電慣量

19、系統(tǒng)是等效的，則式（1）和式（2）中的是一致的，經(jīng)代入變換，可得：式中：k=J/J1,即慣量模擬的倍數(shù)。（3）由式（3）可得出以下結(jié)論：1、汽車加速階段，有（T-TL）0,如果汽車慣量大，電慣量系統(tǒng)的純機(jī)械慣量小，即k1，則有Te0，Te的性質(zhì)為阻力矩，阻礙汽車加速，延長了汽車加速到目標(biāo)速度的時(shí)間。此時(shí)，電慣量負(fù)載電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相反。2、汽車減速階段，有（T-TL）1，則有Te0，負(fù)載電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩方向相同，阻礙汽車減速。3、如果0k1，說明與電慣量系統(tǒng)相比，實(shí)際汽車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，同樣可以參照上面兩種情況進(jìn)行分析。 通過轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)姆椒梢詫?shí)現(xiàn)正、負(fù)汽車慣量電模擬，即當(dāng)汽車慣量大于電慣

20、量系統(tǒng)的純機(jī)械慣量時(shí)，實(shí)現(xiàn)正慣量，用電慣量增加原系統(tǒng)的慣量，當(dāng)汽車慣量小于電慣量系統(tǒng)的純機(jī)械慣量時(shí)，用電慣量減少原系統(tǒng)的慣量。 正確地選擇電模擬試驗(yàn)臺(tái)的電機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械慣量電模擬的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它直接影響著系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。目前，現(xiàn)有的進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)所采用的電機(jī)有交流變頻調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)兩種方式。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)進(jìn)口試驗(yàn)臺(tái)所采用的直流電機(jī)為特殊定制具有快速響應(yīng)的特性，國產(chǎn)直流電機(jī)很難滿足響應(yīng)速度的要求。因此，國內(nèi)通常采用交流變頻電機(jī)。電機(jī)功率與電機(jī)極數(shù)選擇依據(jù)由多種條件綜合而定：第一、試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)基本轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速；第二、試驗(yàn)臺(tái)要求電機(jī)拖動(dòng)力矩；第三、電模擬慣量范圍等。 對(duì)于動(dòng)力蓄電池，目前尚無統(tǒng)一

21、的定義，習(xí)慣上我們將用于電動(dòng)汽車，具有大容量、能輸出大功率的蓄電池稱為“動(dòng)力電池”。動(dòng)力電池按其應(yīng)用一般可分為功率型電池與能量型電池兩種，功率型電池功率密度高，可用于瞬間高功率輸出，多用于HEV，而能量型電池則具有較高的能量密度，主要用于高能量輸出的情況，EV中應(yīng)用較多。 按其化學(xué)組成動(dòng)力電池又可分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池。相對(duì)來說，鉛酸電池、鎳鎘電池屬于發(fā)展較早的動(dòng)力電池，鎳氫電池技術(shù)也發(fā)展較為成熟，而鋰離子電池與燃料電池技術(shù)則具有良好的發(fā)展前景，是以后研究的重點(diǎn)。下圖列出了不同類型電池各自的特點(diǎn)：4 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池測試與評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池測試與評(píng)價(jià)動(dòng)力電池

22、動(dòng)力電池鉛酸電池：鉛酸電池：工藝成熟、成本較低、大電流放電性能好、安全性好；較低的比功率與比能量值、循環(huán)壽命較短、污染環(huán)境。鎳鎘電池：鎳鎘電池：具有較好的充放電倍率特性；污染環(huán)境、循環(huán)壽命限制、有記憶效應(yīng)。燃料電池：燃料電池：具有相當(dāng)高的比能量，但可靠性不夠，使用有局限性。鎳氫電池：鎳氫電池：充放電倍率大、無污染、無記憶效應(yīng)；工作電壓低、質(zhì)量較大。鋰離子電池：鋰離子電池：工作電壓高、比功率比能量比體積大、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、無污染，為我們目前研究的重點(diǎn)。 化學(xué)電池品種繁多，性能各異。常以表征其性能的指標(biāo)有:電性能、機(jī)械性能、儲(chǔ)存性能等，有時(shí)還包括使用性能和經(jīng)濟(jì)成本。 電性能包括電動(dòng)勢、開路

23、電壓、工作電壓、內(nèi)阻、充電電壓、電容量、比能量(比功率)和使用壽命等。 儲(chǔ)存性能主要取決于電池的自放電大小。 總工技術(shù)開發(fā)電池開發(fā)材料研發(fā)電池的性能參數(shù)1、電動(dòng)勢 電池的電動(dòng)勢，又稱電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓或理論電壓，為電池?cái)嗦窌r(shí)正負(fù)兩極間的電位差。2、開路電壓 電池的開路電壓是無負(fù)荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動(dòng)勢，且總小于電動(dòng)勢。 3、電池的內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻包括:正負(fù)極板電阻、電解液電阻、隔離物電阻和連接體電阻等。單個(gè)電池所呈現(xiàn)的內(nèi)阻，就是上述電阻的總和; 電池組的內(nèi)阻，就是單個(gè)電池的電阻再乘上所串聯(lián)的電池只數(shù)。電池的內(nèi)阻，在放電的過程中會(huì)逐漸增加，而在充電過程中則會(huì)逐漸減小。所以，在電

24、池充放電過程中，端電壓會(huì)因其內(nèi)阻的變化而變化。端電壓在放電時(shí)低于電池的電動(dòng)勢，充電時(shí)又高于電池的電動(dòng)勢。4、充放電電壓a、額定電壓(或稱公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時(shí)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓:b、工作電壓，指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓，通常是指一個(gè)電壓范圍;c、中點(diǎn)電壓，指電池充放電期間的平均電壓或中心電壓:d、終止電壓，指電池充放電終止時(shí)的電壓值，視負(fù)載和使用要求不同而異。5、電池容量 a、理論容量:理論容量系指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計(jì)算得到的電量。 b、實(shí)際容量:實(shí)際容量系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。 c.額定容量:

25、 額定容量系指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí)，規(guī)定或保證在指定的放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量。電池的容量與電池的放電倍率、放電形式、放電終止電壓和放電溫度等放電條件有關(guān)。 電池的放電電流強(qiáng)度用放電倍率(簡稱放電率)來表示。定義: 電倍率=額定容量(Ah)/放電電流(A)也就是說，電池的放電倍率用放電時(shí)間來表示，或者說以一定的放電電流放完額定容量的電量所需的小時(shí)數(shù)來衡量。例如: 某電池的額定容量為100Ah，若用50A的恒流放電，則放完100Ah的電量需要2小時(shí)，我們說用2小時(shí)率放電，用符號(hào)“C/2”或“0.5C”表示。 若用1小時(shí)率的恒流放電，放完100Ah的電量，放電電流為100A，用符號(hào)“1

26、C”表示。所以放電倍率所表示的放電時(shí)間越短，即放電倍率就越高，放電電流越大。6、比能量和比功率 電池的輸出能量:是指在一定的放電條件下電池所能做出的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(shí)(Wh )表示。 電池的比能量有兩種表示方法： 一種是質(zhì)量比能量，用瓦時(shí)/千克(Wh/kg )表示; 另一種是體積比能量，用瓦時(shí)/升(Wh/L)表示。 它是比較電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。必須指出，單體電池和電池組的比能量是不一樣的，由于電池組合時(shí)總要有連接片、外部容器等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能量。 電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所放出的能量。其單位常

27、用瓦(W)或千瓦(kW)表示。 電池的單位質(zhì)量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克( W/kg)或瓦/升(W/L)。 如果一個(gè)電池的比功率較大，則表示在單位時(shí)間內(nèi)，單位質(zhì)量或單位體積中放出的能量較多，即表示該電池能用較大的電流放電。因此，電池的比功率也是評(píng)價(jià)電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 隨著全球市場電動(dòng)汽車商品化步伐的日益加快，對(duì)高功率和高能量動(dòng)力電池需求迅速增加。為保證電池基本性能水平、獲得電池基本數(shù)據(jù)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)測試方法必不可少。目前主要關(guān)注的測試內(nèi)容有：電性能測試與評(píng)價(jià)、安全性能測試、環(huán)境性能測試、管理功能測試、其他性能測試與評(píng)價(jià)（模塊一致性、實(shí)際應(yīng)用模擬測試等）。下面的

28、內(nèi)容為各測試內(nèi)容的簡單介紹及我們?cè)囼?yàn)室所做的兩個(gè)電池測試項(xiàng)目的介紹。 電性能主要包括電源系統(tǒng)的能量、功率、自放電、壽命、貯存等性能。某些參數(shù)的檢測和比較可以采用電池、模塊進(jìn)行，某些性能必須用電池包或成套系統(tǒng)進(jìn)行測試。 測試基本條件：環(huán)境溫度行業(yè)要求一般為205；樣品初始條件的一致性，為進(jìn)行后續(xù)測試應(yīng)在每次充放電后設(shè)置60min的擱置時(shí)間，以允許測試對(duì)象達(dá)到穩(wěn)定電壓和溫度條件。其他就是測試方法、電流、工況等。所有測試必須嚴(yán)格注明測試條件，包括電池的狀況，如所處的壽命階段（新電池、循環(huán)一定次數(shù)的電池等）、環(huán)境條件、測試設(shè)備狀況、測試人員等。4.1 電性能測試與評(píng)價(jià)電性能測試與評(píng)價(jià)恒流放電性能：恒流

29、放電性能： 主要檢測在常規(guī)條件下的系統(tǒng)容量。EV以(1/3)C，HEV以1C放電倍率放電，一般允許最多5次測試，測試以連續(xù)2次放電容量差別不超過2%表明容量測試準(zhǔn)確。 對(duì)于單體電池與模塊，一般要求放電容量不低于額定容量的100%，不高于額定容量的110%。但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的容量要求，目前無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常是控制在90%以上。功率能力：功率能力： 1、倍率放電容量 主要測試倍率放電性能。測試對(duì)象以模塊為宜。行業(yè)標(biāo)注要求 對(duì)于容量型電池倍率放電容量不低于額定容量的90%，功率型電池 不低于額定容量的80%。2. 峰值充放電功率 容量型電池的峰值放電功率；主要評(píng)價(jià)兩個(gè)參數(shù)：放電的持續(xù)時(shí)間、電池的SOC或

30、DOD。 功率型電池的峰值充放電功率；HPPC測試法及JEVS測試法，測試關(guān)鍵在于控制兩個(gè)參數(shù)：持續(xù)時(shí)間與電池SOC。內(nèi)阻測試：內(nèi)阻測試： 單體電池內(nèi)阻測試一般用交流法：利用電源等效于一個(gè)有源電阻的特點(diǎn)，給電池一個(gè)1000Hz、毫安級(jí)的恒定電流，對(duì)其電壓進(jìn)行采樣、整流、濾波等一系列處理從而精確測量內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻與SOC、溫度及電池的歷史狀態(tài)有關(guān)。 對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)，測試直流內(nèi)阻更有意義。因?yàn)槠涓芊从诚到y(tǒng)的功率特性，不僅包括了單體電池的內(nèi)阻，也包含了所有連接的電阻。 國家863計(jì)劃蓄電池性能測試規(guī)范中，是采用模擬工況來進(jìn)行直流內(nèi)阻測試的。 恒功率放電性能測試恒功率放電性能測試 主要針對(duì)EV應(yīng)用

31、。相比恒流放電僅考察電池的容量，恒功率放電測試更接近整車的應(yīng)用情況，可以提供電池在EV應(yīng)用水平范圍內(nèi)持續(xù)放電的能力。 USABC對(duì)恒功率放電制定了詳細(xì)的測試方法。包括三種功率水平下的放電，分別為在1h、2h、3h內(nèi)達(dá)到完全放電的恒功率水平。若某一放電速度導(dǎo)致電池過熱或超過電池工作溫度，則取消該速率下的放電測試。 變功率放電性能測試變功率放電性能測試 用于測定電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)行為對(duì)電池性能及壽命的影響，主要根據(jù)EV工況循環(huán)制度測試。變功率放電制度主要根據(jù)車輛工況制度來制定。有用能量的測試有用能量的測試 整車的實(shí)際應(yīng)用中，為保證電池組的壽命，減少故障率，一般不是在電池所有可提供的能量范圍內(nèi)使用，有用能

32、量即在正常應(yīng)用情況下電源系統(tǒng)可提供的最大能量。 以整套系統(tǒng)為檢測對(duì)象，開啟管理系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，采用充電機(jī)進(jìn)行充電，放電由管理系統(tǒng)來進(jìn)行終止控制，模擬整車應(yīng)用工況，測試終止時(shí)的實(shí)際放電能量。對(duì)于HEV，根據(jù)規(guī)定的SOC應(yīng)用范圍進(jìn)行整車工況運(yùn)行模擬測試，可測量系統(tǒng)的有用能量。充電性能測試充電性能測試 對(duì)于HEV，充電性能主要指大電流反饋能力，即前面所述峰值充電功率。對(duì)于EV，充電性能包括常規(guī)充電與快速充電。 1、常規(guī)充電；一般電池供應(yīng)商均提供了詳細(xì)的充電方法。常規(guī)充電時(shí)間、充電穩(wěn)定性、充電效率等方面的因素。 2、 快速充電；目的是確定電池的快速充電能力以及快速充電的效率和對(duì)電池的影響。具體操作細(xì)節(jié)

33、可參照國家標(biāo)準(zhǔn)(QC/T 743-2006)。自放電（荷電保持能力）自放電（荷電保持能力） 蓄電池長時(shí)間不使用的話，自耗電會(huì)引起容量損耗。自放電測試的結(jié)果可作為SOC判斷校正的依據(jù)，為電源系統(tǒng)的貯存和維護(hù)提供依據(jù)。國家汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自放電有常溫檢測和高溫檢測兩種。對(duì)于鋰離子電池，要求常溫與高溫荷電保持能力不低于80%。能量效率測試能量效率測試 能量效率=放電能量(Wh)/充電能量(Wh)100%； 能量效率的考核必須在所有管理系統(tǒng)功能均開啟的情況下進(jìn)行測試，因?yàn)楣芾硐到y(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行均要消耗一定的能量。 貯存性能測試貯存性能測試 主要應(yīng)考察電池性能，以模塊為考核對(duì)象。國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的貯存性能

34、測試為：蓄電池荷電SOC為33%，在常溫下貯存90天，然后按常規(guī)方法充電、容量測試，允許連續(xù)循環(huán)5次進(jìn)行測試，電池放電容量不能低于額定容量95% 循環(huán)壽命測試循環(huán)壽命測試 包括常規(guī)循環(huán)壽命測試與工況循環(huán)壽命測試，具體相關(guān)操作可參照QC/T 743-2006。 安全性能是電源系統(tǒng)最重要的指標(biāo)，不同測試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)不同的電池類型，某些測試采用單體電池、模塊進(jìn)行，有些則必須采用電池包進(jìn)行。 安全性能測試的基本條件： 1. 所有安全性能測試必須在有安全防護(hù)的條件下進(jìn)行； 2. 在測試過程中，可能需要解除一些外加的保護(hù)功能，如管理系統(tǒng)的電壓限制、電流限制等； 3. 對(duì)于部分測試，可以開啟冷卻裝置。 安全性能

35、的測試項(xiàng)目主要包括電學(xué)性能測試、機(jī)械性能測試、熱性能測試及環(huán)境條件測試。4.2 安全性能測試安全性能測試 電學(xué)安全性能測試電學(xué)安全性能測試 主要包括電池的過充電測試、過放電測試及短路測試。 機(jī)械濫用性能測試機(jī)械濫用性能測試 包含的測試有：穿刺試驗(yàn)、擠壓、跌落、浸水、旋轉(zhuǎn)模擬、機(jī)械沖擊、震動(dòng)性能測試、撞擊試驗(yàn)、絕緣和耐壓檢測等。具體操作可參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB18384.1-2001、GB18384.3-2001等。 熱濫用測試熱濫用測試 主要的測試內(nèi)容有熱穩(wěn)定性、模擬燃料燃燒、高溫貯存測試及快速充放電測試。環(huán)境條件安全測試環(huán)境條件安全測試 包含的內(nèi)容有高溫高濕測試、熱沖擊循環(huán)、低氣壓試驗(yàn)等。 環(huán)

36、境性能測試主要檢測環(huán)境溫度對(duì)電源系統(tǒng)性能和功能的影響。如高溫放電、低溫啟動(dòng)等。BMS等可以參考相關(guān)電器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。 高溫放電高溫放電 主要測試55時(shí)電池或電池模塊的性能，仍沿用常規(guī)電池標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)高溫性能測試方法。低溫放電與低溫啟動(dòng)低溫放電與低溫啟動(dòng) 從電動(dòng)汽車實(shí)際應(yīng)用來說，考核低溫啟動(dòng)性能比低溫放電性能更有意義。因?yàn)樵诘蜏厍闆r下，只要電源系統(tǒng)能夠啟動(dòng)，隨著電池的使用，溫度會(huì)逐漸升高，一般不會(huì)存在低溫連續(xù)放電問題。但目前大部分動(dòng)力電池的低溫啟動(dòng)性能仍不滿足要求。 防護(hù)性能防護(hù)性能 主要是防水、防塵測試以及車輛在清洗、暴雨等涉水情況下的絕緣性能。通常在整車上進(jìn)行測試。4.3 環(huán)境性能測試環(huán)境性

37、能測試電池組管理系統(tǒng)電池狀態(tài)信息采集電池SOC估算策略電池組熱管理策略電池組一致性策略電池組能量管理電池故障診斷與安全電池組信息交互電池組壽命預(yù)估八大主要功能八大主要功能 管理系統(tǒng)的測試主要包括三部分：管理功能的測試、測量精度的檢測、熱管理系統(tǒng)的測試等。管理系統(tǒng)其他性能如EMC等需要滿足汽車電器元件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。管理功能管理功能 1. 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測；包括參數(shù)的監(jiān)測、參數(shù)精度檢測等工作。 2. 電池荷電狀態(tài)(SOC)估算；目前無統(tǒng)一檢測方法，試驗(yàn)室的測量測量方法方法通常為：首先安放好所有電壓、電流檢測點(diǎn)，再將動(dòng)力電源系統(tǒng)樣機(jī)按正常工作要求連接到位，接通BMS電源。在(205)條件下，用規(guī)定的充

38、電電流將系統(tǒng)充電到一定的SOC，然后按設(shè)定工況進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)至SOC顯示分別為上、下限、控制中心值時(shí)，以規(guī)定的電流放電到規(guī)定的終止電壓，比較實(shí)際的SOC值與顯示值差別，即為檢測精度。 3. 健康度（SOH）估算；目前也無統(tǒng)一的檢測方法，通常為電源系統(tǒng)的使用壽命。顯示電池的累計(jì)循環(huán)次數(shù)或剩余壽命次數(shù)或百分?jǐn)?shù)。 4. 電池故障診斷與安全保護(hù)。4.4 管理功能測試管理功能測試 熱管理系統(tǒng)熱管理系統(tǒng) 主要有冷卻系統(tǒng)的開、關(guān)與溫度均勻性的控制測試。通信功能通信功能 包含接口和通信協(xié)議、BMS內(nèi)部通信以及BMS與顯示儀表的通信等內(nèi)容。 電氣試驗(yàn)電氣試驗(yàn) 測試內(nèi)容有：BMS電源輸出電壓上升時(shí)間、電源紋波、控

39、制電源（U+和U-）反接。 BMSBMS電流消耗電流消耗 包括工作狀態(tài)的電流消耗及睡眠功耗測試。 均衡功能測試及抗擾度的測試均衡功能測試及抗擾度的測試 具體指均衡電壓范圍、電流、均衡效果的測試及抗擾度測試。 一致性檢測一致性檢測 主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各單體電池的電壓。對(duì)于其他如單體電池容量、內(nèi)阻等在系統(tǒng)中是無法進(jìn)行測試或測試起來比較困難。一致性目前無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或檢測方法。標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743-2006中采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)來評(píng)價(jià)一致性，但無評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)際應(yīng)用模擬測試（包括環(huán)境溫度影響）實(shí)際應(yīng)用模擬測試（包括環(huán)境溫度影響） 目的是在合理的工況下模擬電池在實(shí)際應(yīng)用中的情況。目前世界范圍內(nèi)車輛測試用行駛工況可

40、分成美國行駛工況（USDC）、歐洲行駛工況（EDC）和日本行駛工況（JDC）。我國汽車行駛工況研究起步較晚，國家科技部在“十五”863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)中，設(shè)立了我國乘用車和城市客車典型行駛工況研究課題，2005年公布了典型乘用車和城市客車的運(yùn)行工況（穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)）。4.5 其他性能測試與評(píng)價(jià)其他性能測試與評(píng)價(jià)試驗(yàn)一：試驗(yàn)一：單體鋰離子動(dòng)力電池?zé)嵝?yīng)單體鋰離子動(dòng)力電池?zé)嵝?yīng)試驗(yàn)試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康氖怯^察不同充放電倍率下電池的溫升變化，研究鋰離子電池溫升與充放電倍率之間的關(guān)系，深入理解鋰離子動(dòng)力電池工作過程中的熱效應(yīng)，為電池單體溫度場模擬提供試驗(yàn)驗(yàn)證；另外，還對(duì)鋰離子電池充放電過程內(nèi)阻特性和開路電壓特性進(jìn)

41、行了試驗(yàn)研究，為電池?zé)釄瞿M所需熱源計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。 主要試驗(yàn)設(shè)備：主要試驗(yàn)設(shè)備：寧波拜特（BTS15005C）電池充放電儀、重慶威爾高低溫試驗(yàn)箱（HL-404C）、溫度采集儀、計(jì)算機(jī)，試驗(yàn)電池采用的是某企業(yè)生產(chǎn)的3.7V/45Ah的鋰離子電池。4.6 電池試驗(yàn)實(shí)例電池試驗(yàn)實(shí)例電池試驗(yàn)設(shè)備連接圖a) 寧波拜特充放電儀 b) 高低溫試驗(yàn)箱電池試驗(yàn)設(shè)備實(shí)物圖電池溫度傳感器布置方案試驗(yàn)二：試驗(yàn)二：鋰離子動(dòng)力電池不同倍率放電過程溫升試驗(yàn)：鋰離子動(dòng)力電池不同倍率放電過程溫升試驗(yàn)：試驗(yàn)過程；使用前面搭建的試驗(yàn)平臺(tái)，在應(yīng)用軟件BeltControl程序的控制下對(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行不同倍率充放電溫升試驗(yàn)。根

42、據(jù)純電動(dòng)汽車行駛工況的目標(biāo)功率需求，動(dòng)力電池在車輛行駛過程中通常充放電電流在30200A之間，因?yàn)槭艿皆囼?yàn)設(shè)備放電范圍的限制，本次試驗(yàn)只研究0.5C、1C、1.5C等不同倍率充電過程溫升和1C、2C、3C等不同倍率的放電過程溫升。試驗(yàn)結(jié)果分析；常溫下充電過程和放電過程所記錄的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分別如下面表格所示，記錄了電池充放電時(shí)間和充入、放出容量大小。充電倍率充電倍率 充電電流充電電流 充電時(shí)間充電時(shí)間 充電容量充電容量 0.5C 22.5A 125min 46.875Ah 1C 45A 62min 46.50Ah 1.5C 67.5A 38min 42.75Ah 常溫（25）充電過程參數(shù)放電倍率

43、放電倍率 放電電流放電電流 放電時(shí)間放電時(shí)間 放電容量放電容量 1C 45A 59min44.25Ah 2C 90A 27min 40.5Ah 3C 135A 16min 36.0Ah 常溫（25）放電過程參數(shù) 試驗(yàn)過程中，溫度采集儀實(shí)時(shí)采集電池表面的溫度并記錄保存，試驗(yàn)結(jié)束后，通過對(duì)保存的溫度值分析處理得到鋰離子動(dòng)力電池單體充放電過程中溫度場試驗(yàn)結(jié)果（下圖）。下面對(duì)試驗(yàn)結(jié)果及影響電池溫度場分布的主要因素進(jìn)行具體分析。不同充電倍率下電池表面溫度變化不同放電倍率下電池表面溫度變化 左圖顯示不同充電倍率時(shí)，電池表面平均溫度隨充電時(shí)間的變化情況。可以看出，鋰離子電池溫度在整個(gè)充電過程中是不斷上升的，

44、開始一段時(shí)間上升速率很大，這主要是因?yàn)樵诔潆姵跗?，電池?nèi)阻比較大（從后面的內(nèi)阻測量試驗(yàn)結(jié)果可知），生熱比較多，并且電池溫度與環(huán)境溫度相差不大，散熱量較少。隨著充電的進(jìn)行，電池內(nèi)阻是逐漸減小的，使得內(nèi)阻的發(fā)熱功率變小，生熱量減少，呈現(xiàn)出生熱量與散熱量達(dá)到平衡的趨勢，所以電池表面溫度上升速率逐漸降低。不同的充電倍率，電池溫升速率變化不同，0.5C充電過程溫度上升非常緩慢，并且在溫度較低時(shí)生熱量與散熱量就開始趨于平衡，溫度幾乎不再上升。而隨著充電倍率變大，電池發(fā)熱功率變大，溫度上升速率加快。由此可以得到，在恒流充電過程，充電倍率越大，電池的發(fā)熱功率也越大，整體上電池的溫升也相應(yīng)的增大。如果鋰離子動(dòng)力

45、電池充電電流繼續(xù)增大，可能導(dǎo)致電池溫度過高而失效，甚至發(fā)生爆炸，因此在鋰離子動(dòng)力電池充電時(shí)要考慮控制其充電電流和充電過程中的溫升速率。 右圖顯示不同放電倍率時(shí)，電池表面溫度變化情況。可以看出，不同的放電倍率，電池表面溫度隨放電時(shí)間均不斷升高，放電電流越大，溫度升高的越快，并且在放電后期電池的溫升出現(xiàn)急劇增加的趨勢。主要原因是隨著放電電流的增大，電池的發(fā)熱功率增大，而電池與環(huán)境之間的散熱量基本不變化，使得電池溫度增加較快。在電池放電后期，電池內(nèi)阻不斷增大，極化現(xiàn)象也明顯加強(qiáng)，從而使得電池的發(fā)熱功率急劇變大，引起溫度急劇升高，所以會(huì)出現(xiàn)電池溫升急劇增大的趨勢。在1C、2C、3C等不同倍率放電條件下

46、，放電結(jié)束后電池表面的溫度分別升高了17.98、32.18、39.79。試驗(yàn)同時(shí)說明了放電電流對(duì)動(dòng)力電池及電池組性能的影響，動(dòng)力電池放電時(shí)的溫升可能會(huì)導(dǎo)致其大電流放電性能變差，因此進(jìn)行鋰離子動(dòng)力電池及電池組使用過程中熱效應(yīng)的研究對(duì)于有效提高其高倍率放電能力具有重要的意義。試驗(yàn)三：試驗(yàn)三：鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻特性及開路電壓特性鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻特性及開路電壓特性試驗(yàn)：試驗(yàn)： 電池內(nèi)阻的測量采用前面所述的HPPC法，常溫下鋰離子電池內(nèi)阻和開路電壓測試步驟如下： a. 將電池充電至SOC=100%，靜置1h冷卻至常溫； b. 設(shè)置恒溫箱溫度為常溫25，測量開路電壓Uocp，記錄數(shù)據(jù)即得到電池在常溫、S

47、OC=100%狀態(tài)下的開路電壓值，對(duì)電池進(jìn)行一次HPPC試驗(yàn)，記錄一個(gè)脈沖充電過程中電池電壓變化，根據(jù)電池內(nèi)阻特性HPPC試驗(yàn)原理，可以得到SOC=100%狀態(tài)下的電池充放電歐姆內(nèi)阻和總內(nèi)阻； c. 用1C/3（15A）放電電流對(duì)電池恒流放電，分別調(diào)至SOC在0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1附近依次進(jìn)行HPPC試驗(yàn)，每次試驗(yàn)結(jié)束后靜置至常溫下準(zhǔn)確記錄開路電壓值Uocp和充電過程中電壓變化，即可得到各個(gè)SOC狀態(tài)下的充放電歐姆內(nèi)阻和總內(nèi)阻； d. 將電池放空，即SOC=0%，靜置測量得到SOC為0時(shí)開路電壓，為保護(hù)電池，在SOC=0時(shí)不進(jìn)行HPPC試驗(yàn)； e

48、. 分別設(shè)置控制溫度為0和45，重復(fù)以上步驟，準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到不同溫度下鋰離子動(dòng)力電池充放電內(nèi)阻與SOC的關(guān)系和SOC-Uocp關(guān)系曲線。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理： 1. 內(nèi)阻特性研究 根據(jù)HPPC試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算得到0、25和45三種不同溫度下電池內(nèi)阻，放電過程及充電過程總內(nèi)阻及歐姆內(nèi)阻特性變化曲線。0條件下鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻（m）25條件下鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻（m）45條件下鋰離子動(dòng)力電池內(nèi)阻（m）三種不同溫度下鋰離子動(dòng)力電池放電內(nèi)阻特性曲線 由三種不同溫度下充放電過程中內(nèi)阻變化曲線可知，溫度為25時(shí)鋰離子動(dòng)力電池充放電內(nèi)阻曲線明顯地傾向于溫度45時(shí)內(nèi)阻特性曲線，這說明電池的內(nèi)阻在高溫下變化較小

49、，相對(duì)來說對(duì)低溫比較敏感，溫度越低，內(nèi)阻上升越大。圖7 三種不同溫度下鋰離子動(dòng)力電池充電內(nèi)阻特性曲線 2. 開路電壓特性研究 HPPC測試內(nèi)阻試驗(yàn)過程中同時(shí)記錄了鋰離子動(dòng)力電池在三種不同溫度、不同SOC下的開路電壓Uocp數(shù)值，如下表所示。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理可以得到鋰離子動(dòng)力電池在0、25和45三種不同溫度下充放電過程開路電壓變化特性（SOC-Uocp）曲線，如圖8所示。HPPC測試試驗(yàn)中記錄不同SOC下的開路電壓值 從上面的SOC-Uocp特性曲線圖可以看出，鋰離子動(dòng)力電池的開路電壓隨著電池SOC的降低而呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢，在SOC值0.90.2很寬廣的區(qū)間范圍內(nèi)曲線變化非常平緩，這說明在此

50、SOC變化區(qū)間里，動(dòng)力電池的開路電壓Uocp變化很?。坏钱?dāng)鋰離子動(dòng)力電池三種不同溫度下鋰離子動(dòng)力電池SOC-Uocp特性曲線 SOC值小于0.2時(shí)，隨著SOC值的下降，其開路電壓Uocp值降低得非?？臁２煌瑴囟认略囼?yàn)測量得到的SOC-Uocp曲線不同，從圖中可以看出溫度越低，曲線越低，即開路電壓越小。但是在045的溫度范圍內(nèi)，其開路電壓Uocp隨溫度變化量很小。從試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在SOC值小于0.9之后，45與25下開路電壓的差值要比25與0下開路電壓差值小，也就是說低溫下Uocp值略偏低，但是偏低量和溫度減小值之間并不是線性關(guān)系。而且在溫度低于60時(shí)，隨著溫度變化，動(dòng)力電池開路電壓變

51、化量不是很明顯。試驗(yàn)四：鎳氫電池組性能試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：試驗(yàn)四：鎳氫電池組性能試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理： 試驗(yàn)?zāi)康呐c對(duì)象：試驗(yàn)?zāi)康呐c對(duì)象：試驗(yàn)?zāi)康臑槿鏈y試電池組的性能。試驗(yàn)對(duì)象為某廠家提供的72V/6.5Ah鎳氫電池組，電池組內(nèi)部安裝有10個(gè)7.2V/6.5Ah單元電池，每個(gè)單元電池由6個(gè)1.2V/6.5Ah單體電池串聯(lián)而成。電池質(zhì)量/kg電池尺寸/mm額定容量/Ah工作溫度/16.4543040662.56.5-207072V/6.5 Ah鎳氫電池組的規(guī)格數(shù)據(jù)鎳氫電池組實(shí)物及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 試驗(yàn)儀器：試驗(yàn)儀器：Arbin電池測試系統(tǒng)、電源保護(hù)開關(guān)、144V/6.5Ah鎳氫電池組、電池能量管理系統(tǒng)（B

52、CM）、溫度傳感器若干、信號(hào)采集卡、計(jì)算機(jī)二臺(tái)。試驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖 Arbin系統(tǒng)溫度測試端口和電池內(nèi)部溫度傳感器太少，試驗(yàn)時(shí)在電池組中增加了52個(gè)溫度傳感器，以實(shí)時(shí)監(jiān)測電池組的溫度場變化情況。圖11 電池組溫度傳感器分布圖 電池組共10列，每列6個(gè)電池單體，溫度傳感器安排如圖，需要48個(gè)溫度傳感器(小黑色方塊表示傳感器布置位置）。4個(gè)傳感器備用。共計(jì)52個(gè)溫度傳感器。 試驗(yàn)流程：試驗(yàn)流程：為全面測試電池組的性能，結(jié)合試驗(yàn)條件，進(jìn)行了低溫（-30、-20、-10）、常溫、高溫（40、50）下的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，編制了Arbin系統(tǒng)試驗(yàn)程序，按照試驗(yàn)要求，進(jìn)行了以下試驗(yàn):常溫下的電池試驗(yàn)：恒流充放電。分別以3.25A，6.5A，13A，19.5A恒流充放電；SOC值為20%80%時(shí)脈沖（19.5A、26A、32.5A）充放電試驗(yàn)；SOC值為40%80%時(shí)大電流（40A、50A、60A、70A、80A）放電試驗(yàn)；SOC值為40時(shí)以100A大電流放電試驗(yàn)；制動(dòng)能量回饋工況（試驗(yàn)只做到60A充電，電池組總電壓超過保護(hù)電壓190V，停止該試驗(yàn)）。 下面兩個(gè)圖是鎳氫電池組在試驗(yàn)溫度分別為常