我國新能源汽車發(fā)展與動力電池綜合測試技術(shù)

摘要：為了能夠緩解我國的資源緊缺現(xiàn)狀，做到節(jié)能減排，落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國在新能源汽車的發(fā)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(jīng)獲得了巨大的進(jìn)展。為了能夠更符合大眾在環(huán)保和性能上的使用要求，本文針對于新能源汽車的發(fā)展與動力電池綜合測試技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;動力電池;綜合測試技術(shù)

0? 引言

在我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下，社會各行各業(yè)開始提倡節(jié)能減排理念，而新能源汽車則是在這一時代背景下應(yīng)運(yùn)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(huán)境的污染，這為我國的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了貢獻(xiàn)，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(fā)展以及其動力電池綜合測試技術(shù)兩方面進(jìn)行切入，探討其后續(xù)發(fā)展以及電池性能的測試技術(shù)要點(diǎn)。

1? 動力電池的具體現(xiàn)狀

1.1 鉛酸電池

鉛酸電池屬于一個多世紀(jì)之前出現(xiàn)的一種電池技術(shù)，其具備技術(shù)落后、性能低下以及污染環(huán)境的特點(diǎn)。我國的電池技術(shù)一直在飛速的發(fā)展，應(yīng)該對其進(jìn)行徹底的淘汰?？v觀實(shí)際情況，在電動汽車以及小型電動汽車的領(lǐng)域當(dāng)中，鉛酸電池的市場份額占據(jù)非常大，高達(dá)90%，盡管它們具備比較多的缺點(diǎn)，但是卻得到了非常廣泛的應(yīng)用。除此之外，鉛酸電池具備一個明顯的優(yōu)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(lǐng)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(xiàn)階段非常多的制造商不再把鎳氫電池當(dāng)作汽車能源，其失去了新能源汽車領(lǐng)域的具體市場。

1.3 燃料電池

燃料電池與之前傳統(tǒng)的電池定義略有不同，它不能通過連續(xù)充電以及放電來完成工作，而是主要利用存儲的燃料發(fā)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(dāng)前，歐美以及日本等國家對燃料電池的研發(fā)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(fā)也比較重視，但是電池技術(shù)一直都比較落后，這主要是由于技術(shù)難度非常大，研發(fā)成本比較高，不具備配套設(shè)施。因此，在我國，成熟的燃料電池技術(shù)以及大規(guī)模的市場應(yīng)用還需要進(jìn)行長久的發(fā)展。

1.4 鋰離子電池

鋰離子電池的電解質(zhì)主要包含聚合物電解質(zhì)以及液體電解質(zhì)兩種。目前，聚合物電解質(zhì)鋰離子電池在市場的應(yīng)用當(dāng)中占據(jù)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(chǎn)成本方面具備較大的優(yōu)勢，并且整體性能具備可比性。關(guān)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(fā)展

2.1 我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車是在節(jié)能減排的要求下誕生的，國家也十分支持這項事業(yè)的發(fā)展，因為在各項政策與資源投入方面的傾斜，新能源汽車產(chǎn)業(yè)在大眾心目中的地位逐漸攀高，各大廠家也發(fā)現(xiàn)了新能源汽車的商機(jī)，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(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越好，發(fā)展前景也非?？捎^。但是目前新能源汽車的發(fā)展還面臨兩方面問題：第一是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題。因為我國的新能源汽車發(fā)展目標(biāo)依然不太明確，在發(fā)展過層中還存在較大的不確定性，無法促進(jìn)新能源汽車的產(chǎn)業(yè)鏈良好地形成。第二點(diǎn)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(guān)注的焦點(diǎn)，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(tǒng)車。

2.2 我國新能源汽車的發(fā)展思路

我國現(xiàn)如今在政策上越來越傾斜于新能源汽車的開發(fā)，對新能源產(chǎn)業(yè)給予了非常大的支持，這使得新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈獲得了充足的發(fā)展。上述中已經(jīng)說到因為發(fā)展不均衡和發(fā)展目標(biāo)不明確的問題導(dǎo)致了我國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)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(fā)上。所以為了能夠保障新能源汽車的發(fā)展，需要相應(yīng)廠家確定好行業(yè)發(fā)展目標(biāo)，而國家也應(yīng)該提出幾項發(fā)展保障政策以及完善稅務(wù)方面的支持體系，從而達(dá)到新能源汽車的有效發(fā)展。在動力方面，需要技術(shù)部門加快研發(fā)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(dāng)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(shù)的開發(fā)

3.1 動力電池測試系統(tǒng)的開發(fā)方案設(shè)計

3.1.1 動力電池測試系統(tǒng)的總體方案

在新能源汽車動力電池測試系統(tǒng)的設(shè)計中，針對于動力電池包的測試應(yīng)該包括有雙向直流電源、動力電池包、BMS（電池包管理系統(tǒng)）信息解析用CAN卡三方面;針對于單體電池測試系統(tǒng)應(yīng)該包括直流電源、直流電子負(fù)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(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用意義，還需要對不同的測試內(nèi)容來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計工作，提出多個研發(fā)方案，做到測試方案的細(xì)化。目前來說，在研發(fā)過程中比較通用的細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)是：雙重測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、雙重模式選擇的實(shí)現(xiàn)、BMS信息對測試工況進(jìn)行控制的實(shí)現(xiàn)、復(fù)雜工況編輯的實(shí)現(xiàn)以及測試數(shù)據(jù)不同存儲時間間隔的實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 動力電池測試系統(tǒng)的硬件要點(diǎn)

在雙向直流電源的選擇中，需要盡量選擇精度較高且動態(tài)響應(yīng)能力較強(qiáng)的電源，需要其在放電過程中能夠及時地向電網(wǎng)反饋其電池的放電能量信息。在總線數(shù)據(jù)傳輸和解析用CAN卡的選擇中，需要其能夠有隔離保護(hù)裝置，確保因為地環(huán)流導(dǎo)致的計算機(jī)損壞。其電路結(jié)構(gòu)需要能夠長時間工作，所以其電路板結(jié)構(gòu)最好能夠使用表面貼裝技術(shù)等技術(shù)，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(tài)軟件。在動力電池包的組合中可以采用不同的串并聯(lián)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(jiān)控通道。先并后串方式可以適用于功率要求低的慢充系統(tǒng)。兩者混聯(lián)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(shè)計人員根據(jù)實(shí)際情況做好選擇。

3.1.3 BMS與其他硬件要點(diǎn)

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(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、電池包箱體、高低壓線束、水冷板以及風(fēng)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(tǒng)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(jìn)行。針對BMS的測試可依據(jù)剛發(fā)布的GB/T38661-2020《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》進(jìn)行。

3.1.4 電池測試方法

在對新能源汽車的電池進(jìn)行測試時，一般都是對動力電池包和電池單體進(jìn)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(shí)驗來采集電流電壓數(shù)據(jù)，并且與電池單體的數(shù)據(jù)變化進(jìn)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(guān)系來得到電池包的容量或能量。而針對于電池單體進(jìn)行的電性能測試，可以有效地探究在電池的不同荷電狀態(tài)下以及不同的循環(huán)周期狀態(tài)下其直流內(nèi)阻和交流內(nèi)阻的變化趨勢。這個測試實(shí)驗流程需要經(jīng)過多次重復(fù)，并在充放電循環(huán)多次后調(diào)整不同的電池荷電狀態(tài)，對其不同狀態(tài)下的內(nèi)阻進(jìn)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(jìn)行研究。

最新發(fā)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(huán)、擠壓等;電池包濫用安全測試主要包括：振動、機(jī)械沖擊、模擬碰撞、擠壓、濕熱循環(huán)、浸水、外部火燒、熱擴(kuò)展、鹽霧、高海拔、短路保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)等。

3.2 動力電池測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)

3.2.1 動力電池測試系統(tǒng)的軟件工程

在新能源汽車的動力電池檢測系統(tǒng)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(fù)載三方面進(jìn)行控制。其次是監(jiān)控功能，需要對直流電子負(fù)載、直流電源、雙向回饋電源以及動力電池包進(jìn)行監(jiān)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(nèi)阻進(jìn)行測試。除了以上的基本功能之外，測試系統(tǒng)的軟件還應(yīng)該要包括數(shù)據(jù)存儲功能和CAN通訊功能，包括對測試數(shù)據(jù)的村塾與CAN信息的解析與編輯兩方面內(nèi)容。

3.2.2 動力電池測試系統(tǒng)的運(yùn)行流程

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

3.2.3 核心模塊設(shè)計

動力電池測試系統(tǒng)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(nèi)容。在測試過程中，需要做好動力電池包測試CAN通訊調(diào)試、電池動態(tài)直流電阻測試調(diào)試、動力電池包調(diào)試和單體電流調(diào)試工作，要在對動力電池包和單體電池長時間的充放電實(shí)驗中驗證所使用的系統(tǒng)軟件能夠完成測試工作并且保持測試平臺的穩(wěn)定性。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文對新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和發(fā)展要點(diǎn)進(jìn)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(fā)商能夠投去相應(yīng)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(shù)。本文對電池組測試方案設(shè)計和軟件設(shè)計進(jìn)行了概述，希望能夠為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧善慶.新能源汽車動力電池水冷板的設(shè)計開發(fā)[J].時代汽車，2020（06）：59-60.

[2]程浩，蔣立琴，何志輝，李軍，王記磊.電動汽車用電池管理系統(tǒng)測試平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].自動化與儀表，2019，34（08）：55-59.

[3]沈馳.車用動力電池實(shí)驗室.電源工業(yè)，2014，03：38-42.