我國新能源汽車發展與動力電池綜合測試技術

摘要：為了能夠緩解我國的資源緊缺現狀，做到節能減排，落實可持續發展戰略，我國在新能源汽車的發展中投入了較多的資源，目前在新能源汽車中的研究也已經獲得了巨大的進展。為了能夠更符合大眾在環保和性能上的使用要求，本文針對于新能源汽車的發展與動力電池綜合測試技術進行研究。

關鍵詞：新能源汽車;動力電池;綜合測試技術

0? 引言

在我國可持續發展戰略背景下，社會各行各業開始提倡節能減排理念，而新能源汽車則是在這一時代背景下應運而生。目前我國的新能源汽車研究較為深入，在新能源汽車的投入使用過程中有效的減小了汽車尾氣排放對于空氣環境的污染，這為我國的發展和人民生活水平的提高做出了貢獻，所以我國也逐漸加大了在新能源汽車中的投入力度。本文從新能源汽車的發展以及其動力電池綜合測試技術兩方面進行切入，探討其后續發展以及電池性能的測試技術要點。

1? 動力電池的具體現狀

1.1 鉛酸電池

鉛酸電池屬于一個多世紀之前出現的一種電池技術，其具備技術落后、性能低下以及污染環境的特點。我國的電池技術一直在飛速的發展，應該對其進行徹底的淘汰。縱觀實際情況，在電動汽車以及小型電動汽車的領域當中，鉛酸電池的市場份額占據非常大，高達90%，盡管它們具備比較多的缺點，但是卻得到了非常廣泛的應用。除此之外，鉛酸電池具備一個明顯的優勢，其可以再次的回收以及利用。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池屬于一種動力電池，具備比較良好的大功率放電性能，并且在電動工具領域得到了非常廣泛的使用，具備較高的體積比以及能量比。但現階段非常多的制造商不再把鎳氫電池當作汽車能源，其失去了新能源汽車領域的具體市場。

1.3 燃料電池

燃料電池與之前傳統的電池定義略有不同，它不能通過連續充電以及放電來完成工作，而是主要利用存儲的燃料發電。所使用的燃料主要為甲烷、乙醇、甲醇以及氫等，并且以氫為燃料的電池被稱之為零污染的一種理想電池。當前，歐美以及日本等國家對燃料電池的研發給予了大力的支持，并取得了一定的成果。盡管我國對燃料電池的研發也比較重視，但是電池技術一直都比較落后，這主要是由于技術難度非常大，研發成本比較高，不具備配套設施。因此，在我國，成熟的燃料電池技術以及大規模的市場應用還需要進行長久的發展。

1.4 鋰離子電池

鋰離子電池的電解質主要包含聚合物電解質以及液體電解質兩種。目前，聚合物電解質鋰離子電池在市場的應用當中占據非常大的比例。聚合物組合物主要包含：錳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰以及鈷酸鋰等。具備不同聚合物組成的各種類型的電池在安全性、性能、壽命以及生產成本方面具備較大的優勢，并且整體性能具備可比性。關于市場上的電動汽車，制造商會按照不同的需求選擇具備針對性的聚合物電池。

2? 我國新能源汽車的發展

2.1 我國新能源汽車產業發展現狀

新能源汽車是在節能減排的要求下誕生的，國家也十分支持這項事業的發展，因為在各項政策與資源投入方面的傾斜，新能源汽車產業在大眾心目中的地位逐漸攀高，各大廠家也發現了新能源汽車的商機，從而加大了投入力度。在近幾年的投入中，我國的新能源汽車產業發展越來越好，發展前景也非常可觀。但是目前新能源汽車的發展還面臨兩方面問題：第一是其產業發展的問題。因為我國的新能源汽車發展目標依然不太明確，在發展過層中還存在較大的不確定性，無法促進新能源汽車的產業鏈良好地形成。第二點是安全問題，目前新能源汽車的電池組安全問題是全社會關注的焦點，一有新能源汽車的自燃事故就會被放大，引起輿論會覺得新能源汽車的安全性不及傳統車。

2.2 我國新能源汽車的發展思路

我國現如今在政策上越來越傾斜于新能源汽車的開發，對新能源產業給予了非常大的支持，這使得新能源汽車產業鏈獲得了充足的發展。上述中已經說到因為發展不均衡和發展目標不明確的問題導致了我國的新能源汽車產業鏈框架并不完善，許多商家的目光依然較多地投入到燃油汽車的研發上。所以為了能夠保障新能源汽車的發展，需要相應廠家確定好行業發展目標，而國家也應該提出幾項發展保障政策以及完善稅務方面的支持體系，從而達到新能源汽車的有效發展。在動力方面，需要技術部門加快研發出能夠長時間使用并且在安全與性能上都與燃油汽車相近甚至超過的新能源電池。當然，這項工作是離不開政府與社會的資源投入的。

3? 動力電池綜合測試技術的開發

3.1 動力電池測試系統的開發方案設計

3.1.1 動力電池測試系統的總體方案

在新能源汽車動力電池測試系統的設計中，針對于動力電池包的測試應該包括有雙向直流電源、動力電池包、BMS（電池包管理系統）信息解析用CAN卡三方面;針對于單體電池測試系統應該包括直流電源、直流電子負載、測試平臺與恒溫箱四方面。為了能夠增加動力電池測試系統的實際應用意義，還需要對不同的測試內容來進行相應的設計工作，提出多個研發方案，做到測試方案的細化。目前來說，在研發過程中比較通用的細分標準是：雙重測試系統的實現、雙重模式選擇的實現、BMS信息對測試工況進行控制的實現、復雜工況編輯的實現以及測試數據不同存儲時間間隔的實現。

3.1.2 動力電池測試系統的硬件要點

在雙向直流電源的選擇中，需要盡量選擇精度較高且動態響應能力較強的電源，需要其在放電過程中能夠及時地向電網反饋其電池的放電能量信息。在總線數據傳輸和解析用CAN卡的選擇中，需要其能夠有隔離保護裝置，確保因為地環流導致的計算機損壞。其電路結構需要能夠長時間工作，所以其電路板結構最好能夠使用表面貼裝技術等技術，保證其工作時間滿足需求。接口方面也需要其能夠支持多項組態軟件。在動力電池包的組合中可以采用不同的串并聯方式來滿足電池的需要。先串后并方式可以用于快充和功率要求高的電池中，但是這樣會增加BMS的監控通道。先并后串方式可以適用于功率要求低的慢充系統。兩者混聯可以適用于電池單體容量低但是對電池包容量需求較大的情況。需要設計人員根據實際情況做好選擇。

3.1.3 BMS與其他硬件要點

在硬件方面，一個完整的動力電池需要包括有電池單體、單體監控系統、主控系統、電池包箱體、高低壓線束、水冷板以及風扇。其中BMS主控模板具有重要的地位。BMS主控模板包括有繼電器控制模塊、電流采集模塊、CAN通訊模塊、系統時鐘模塊、存儲模塊、看門狗模塊、電源模塊，而這些模塊的控制都是通過中央主處理器進行。針對BMS的測試可依據剛發布的GB/T38661-2020《電動汽車用電池管理系統技術條件》進行。

3.1.4 電池測試方法

在對新能源汽車的電池進行測試時，一般都是對動力電池包和電池單體進行測試。在測試的項目方面一般分為電性能測試和濫用安全測試。

對于動力電池包的電性能測試一般都是通過充放電實驗來采集電流電壓數據，并且與電池單體的數據變化進行比對，從而得到動力電池電壓變化曲線與電池單體電壓變化曲線之間的關系來得到電池包的容量或能量。而針對于電池單體進行的電性能測試，可以有效地探究在電池的不同荷電狀態下以及不同的循環周期狀態下其直流內阻和交流內阻的變化趨勢。這個測試實驗流程需要經過多次重復，并在充放電循環多次后調整不同的電池荷電狀態，對其不同狀態下的內阻進行多次測試，這項測試有助于對電池單體的壽命特征測試進行研究。

最新發布的GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》和GB 38032-2020《電動客車安全要求》中，電池單體的濫用安全測試主要包括：過充、過放、短路、加熱、溫度循環、擠壓等;電池包濫用安全測試主要包括：振動、機械沖擊、模擬碰撞、擠壓、濕熱循環、浸水、外部火燒、熱擴展、鹽霧、高海拔、短路保護、過充保護、過放保護、過流保護、過溫保護等。

3.2 動力電池測試系統的軟件開發

3.2.1 動力電池測試系統的軟件工程

在新能源汽車的動力電池檢測系統中所使用到的軟件需要包括多個功能。首先是控制功能，需要對雙向回饋電源、直流電源、直流電子負載三方面進行控制。其次是監控功能，需要對直流電子負載、直流電源、雙向回饋電源以及動力電池包進行監控。最后是電源測試功能，需要對制動工況、人工模式和直流內阻進行測試。除了以上的基本功能之外，測試系統的軟件還應該要包括數據存儲功能和CAN通訊功能，包括對測試數據的村塾與CAN信息的解析與編輯兩方面內容。

3.2.2 動力電池測試系統的運行流程

因為測試過程中需要對電池進行多次充、放電措施，為了方便進行不同荷載下的多次測試，需要都測試系統軟件能夠提供自動模式和人工模式。一般來說，在進行測試過程中，需要先配置好串口，并設定好設備的限值（包括電流極限、電壓極限、功率極限三方面內容），然后需要根據實驗情況來選擇模式。自動模式只需要設定好在一定限定條件下的邏輯關系即可，而人工模式則需要在不同的情況里設定好不同的模塊參數。在設定好數據文件名稱之后則開始測試。

3.2.3 核心模塊設計

動力電池測試系統軟件的核心模塊有工況編輯器模塊、自動工況工步跟隨模塊、人工模式模塊、BMS通訊模塊四方面內容。在測試過程中，需要做好動力電池包測試CAN通訊調試、電池動態直流電阻測試調試、動力電池包調試和單體電流調試工作，要在對動力電池包和單體電池長時間的充放電實驗中驗證所使用的系統軟件能夠完成測試工作并且保持測試平臺的穩定性。

4? 結束語

綜上所述，本文對新能源汽車的發展現狀、發展趨勢和發展要點進行了說明，為了滿足大眾對于新能源汽車的需求，不僅需要在政策和資源上有較大的投入以及各開發商能夠投去相應的重視，還需要解決動力電池組的性能與壽命問題，做好動力電池組的綜合測試技術。本文對電池組測試方案設計和軟件設計進行了概述，希望能夠為相關從業人員提供參考。

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