新能源動力電池性能測試誤差分析及改善對策

文/趙龍濤 王 青 萬 艷

隨著新能源汽車的發(fā)展與普及，新能源汽車的性能與安全問題已成為消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目。動力電池作為新能源汽車的能量儲存裝置，其性能的優(yōu)劣直接影響電動汽車的應(yīng)用，如安全性、壽命以及成本等。早在2015年，國家針對電動汽車用動力蓄電池就制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，性能方面有GB/T 31484—2015，GB/T 31486—2015，GB/T 31467.1—2015，GB/T 31467.2—2015；安全方面有GB/T 31485—2015，GB/T 31467.3—2015。2020年，針對安全方面國家又發(fā)布強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 38031—2020來代替推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31485—2015，GB/T 31467.3—2015。可見國家對于電動汽車用動力蓄電池的重視程度。

電動汽車用動力蓄電池電性能方面上的主要測試項(xiàng)目有：室溫放電容量、室溫倍率放電容量、室溫倍率充電性能、低溫放電容量、高溫放電容量、荷電保持與容量恢復(fù)能力、標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命、工況循環(huán)壽命等。其中，放電容量決定了新能源汽車的續(xù)航里程，循環(huán)壽命決定了新能源汽車動力電池的使用年限。各性能測試項(xiàng)目，均是基于動力蓄電池的充放電測試為基礎(chǔ)的。鑒于此，本文針對動力蓄電池的充放電測試中可能引入誤差進(jìn)行一定的分析。常見的測試誤差主要由以下方面導(dǎo)致。

1 設(shè)備之間的差異

目前，國內(nèi)外充放電設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有必測、AVL、迪卡龍、阿賓、星云、美凱麟、德普、盛弘、訊湃等。各廠家的設(shè)備均有優(yōu)劣。總體上，國外設(shè)備的穩(wěn)定性會略優(yōu)于國內(nèi)設(shè)備；在高性能設(shè)備方面，電壓、電流的精度基本上都可以達(dá)到±0.1%FS，±0.05%FS，均能滿足國標(biāo)中不低于0.5級的要求。設(shè)備之間的差異引起的誤差主要體現(xiàn)在充放電設(shè)備的生產(chǎn)廠家不同、相同生產(chǎn)廠家的設(shè)備批次不同以及同一設(shè)備的不同充放電通道。為減小該誤差，測試中盡量選擇精度較高的設(shè)備；在設(shè)備滿足精度要求的情況下，嚴(yán)格遵循計(jì)量校準(zhǔn)的要求；制定充放電設(shè)備的各測試通道的不確定度分析，提高測試精度；按期對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，提高設(shè)備的穩(wěn)定度。

2 設(shè)備量程的選擇不同

充放電設(shè)備出廠后，各充放電測試量程基本上是定型的，常見的單體充放電設(shè)備主要有5V50A，5V100A，5V200A等。電性能測試時(shí)應(yīng)根據(jù)電池容量的大小選擇較近的設(shè)備檔位進(jìn)行試驗(yàn)，不能跨度太大，避免引入較大的誤差。比如一塊容量為30Ah的動力電池單體，優(yōu)選5V50A的設(shè)備，以減小誤差；同時(shí)，針對大容量的電池應(yīng)盡量選用單通道測試，避免選用多通道并機(jī)的情況。

3 測試環(huán)境影響

標(biāo)準(zhǔn)中，要求測試環(huán)境的溫度為25 ℃±5 ℃，而有些實(shí)驗(yàn)室可能無法滿足該試驗(yàn)條件，從而導(dǎo)致一些測試誤差。 動力蓄電池充放電設(shè)備一般會在某一個溫度下進(jìn)行標(biāo)定計(jì)量，由于壽命循環(huán)測試周期較長，有些實(shí)驗(yàn)室可能無法保證充放電設(shè)備所在場地的試驗(yàn)溫度一直穩(wěn)定在25 ℃±5 ℃范圍內(nèi)，會造成由于充放電設(shè)備所在的環(huán)境與設(shè)備計(jì)量時(shí)溫差較大，充放電設(shè)備本身的精度偏離的現(xiàn)象。因此，要保證實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試溫度的要求，可構(gòu)建合適的恒溫室以保證溫度的穩(wěn)定。

4 充放電線纜的選擇

在進(jìn)行充放電測試時(shí)，常出現(xiàn)一些需要大電流的試驗(yàn)，測試中由于選擇的充放電線纜過細(xì)，線纜發(fā)熱嚴(yán)重，線纜內(nèi)阻隨溫度升高增加，導(dǎo)致電池容量測試中衰減較快，誤差較大。針對這種情況，可選擇與測試電流相匹配的線材，并適當(dāng)保有余量，減少測試過程由于線纜溫升導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象，進(jìn)而提高測試精度。

5 充放電線接觸端子與電池極耳之間連接

通常情況下，充放電線接觸端子和電池極耳之間采用螺絲壓合進(jìn)行連接，螺絲的扭矩、充放電線纜端子的大小、極耳的大小、材質(zhì)，都會導(dǎo)致兩者接觸面、接觸力的不同，致使測試精度的不同，特別是針對HPPC測試影響更大。為減少該誤差，應(yīng)根據(jù)電池廠或整機(jī)廠的要求選擇原裝的組件或合適的端子、采用廠家要求的測試扭矩進(jìn)行連接。

其他一些因素：（1）車用動力蓄電池處在溫箱的位置，是否會被溫箱出風(fēng)口直吹，也是影響電池性能測試的一個因素。測試過程中，應(yīng)盡量減少測試樣品被直吹的情況，可調(diào)節(jié)溫箱出風(fēng)口的方向或適當(dāng)添加擋板進(jìn)行遮擋。（2）溫箱中車用動力蓄電池的數(shù)量，測試過程中由于車用動力蓄電池?cái)?shù)量較多且發(fā)熱較大，從而影響彼此間的散熱以及溫箱內(nèi)部溫度均勻度的變化。應(yīng)合理安排溫箱中車用動力蓄電池的數(shù)量，避免由于樣品數(shù)量太多造成溫箱整體升溫的現(xiàn)象，并選用溫度均勻度較好的溫箱。

綜上所述，本文對電動汽車用動力蓄電池電性能測試中常見的誤差進(jìn)行了分析與研究，并提出了一些對應(yīng)的改善方法，對于提高電性能測試精度具有一定的意義。因此，在車用動力電池檢測過程中，應(yīng)關(guān)注測試設(shè)備的選擇、測試環(huán)境的穩(wěn)定、測試設(shè)備與測試樣品的連接，從而提高車用動力電池的測試的精度與準(zhǔn)度。