汽車試驗學課件 第10章 汽車總成與部件試驗3

10.3.1

動力蓄電池電性能的試驗10.3.2動力蓄電池包和系統(tǒng)能量的測試10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗10.3

動力蓄電池系統(tǒng)的試驗10.3.1

動力蓄電池電性能的試驗

1．動力蓄電池電性能試驗的目的及標準動力蓄電池電性能試驗的目的是獲得動力電池的充電和放電電壓-時間曲線、電池放電容量、荷電保持和恢復容量、耐振動性等，用于評價動力電池系統(tǒng)的性能。

動力蓄電池電性能試驗分為蓄電池單體、蓄電池模塊的電性能試驗。動力蓄電池電性能試驗的標準是國家標準GB/T31486-2015《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》。在執(zhí)行汽車試驗標準的動力蓄電池電性能試驗中，根據(jù)此標準，開展動力蓄電池電性能的試驗。2．蓄電池單體試驗

（1）單體蓄電池充電試驗

將單體蓄電池在25℃±5℃（室溫）環(huán)境條件下，單體蓄電池先以1I1(A)電流放電至電池技術條件中的放電終止電壓，擱置1h；再按電池技術條件中的充電方法進行充電，對于鋰電池，先在1I1恒電流下充電，達到電池技術條件中的充電終止電壓后，轉至在恒壓下充電，直至充電電流降至0.05I1(A)，停止充電；充電后擱置1h。記錄不同時間的充電電壓和電流，得到蓄電池的充電電壓-時間、充電電流-時間曲線。I1(單位為A)為1小時率放電電流，其數(shù)值等于C1(單位為A)，C1為1小時率額定容量(單位為Ah)。2．蓄電池單體試驗

（2）單體蓄電池放電試驗

單體蓄電池在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，再在25℃±5℃環(huán)境溫度下以1I1(A)電流放電至電池技術條件中的放電終止電壓。記錄不同時間的放電電壓和電流，得到單體蓄電池的放電電壓-時間、放電電流-時間曲線，計算放電容量（單位為Ah）及放電比能量（單位為Wh/kg）。充、放電3次，取3次充、放電的放電容量（單位為Ah）及放電比能量的平均值。3．蓄電池模塊試驗

（1）蓄電池模塊充電試驗將電池在25℃±5℃環(huán)境條件下，蓄電池模塊先以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，擱置1h；再按電池技術條件中的充電方法進行充電，對于鋰電池，先在1I1恒電流下充電，達到電池技術條件中的充電終止電壓后，轉至在恒壓下充電，直至充電電流降至0.05I1(A)，停止充電；若充電過程中有單體蓄電池的電壓超過充電終止電壓0.1V，則停止充電；充電后擱置1h。記錄不同時間的充電電壓和電流，得到蓄電池的充電電壓-時間、充電電流-時間曲線。3．蓄電池模塊試驗

（2）蓄電池模塊放電試驗蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，再在25℃±5℃環(huán)境溫度下以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓。記錄不同時間的放電電壓和電流，得到蓄電池模塊的放電電壓-時間、放電電流-時間曲線，計算放電容量（單位為Ah）及放電比能量（單位為Wh/kg）。充、放電5次，取最后3次充、放電的放電容量（單位為Ah）及放電比能量的平均值。3．蓄電池模塊試驗

（3）蓄電池模塊倍率放電試驗

1）能量型蓄電池模塊倍率放電試驗倍率放電及計算放電容量：蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在25℃±5℃環(huán)境溫度下以3I1(A)（最大電流不超過400A）電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓。記錄不同時間的放電電壓和電流，得到蓄電池模塊的放電電壓-時間、放電電流-時間曲線，計算放電容量（單位為Ah）。倍率放電及計算平均比功率：蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在25℃±5℃環(huán)境溫度下以1I1(A)電流放電30min，再以電池技術條件中的最大放電流放電10s，然后靜置30min，再以電池技術條件中的最大充電流充電10s。記錄不同時間的充、放電電壓和電流，得到蓄電池模塊的充放電電壓-時間、放電電流-時間曲線。采用充放電的放電能量除以10s，計算10s充放的平均比功率（單位為W/kg）。3．蓄電池模塊試驗

2）功率型蓄電池模塊倍率放電試驗功率型與能量型蓄電池模塊的倍率放電及計算放電容量的方法基本相同，只是將電流放電由3I1(A)變?yōu)?I1(A)。功率型與能量型蓄電池模塊的倍率放電及計算平均比功率方法相同。3．蓄電池模塊試驗

（4）蓄電池模塊倍率充電試驗蓄電池模塊倍率充電：在25℃±5℃環(huán)境條件下，蓄電池模塊先以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，擱置1h；再以2I1(A)（最大電流不超過400A）電流充電，直至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的充電電壓，停止充電，并且總充電時間不超過30min；充電后靜置1h。記錄不同時間的充電電壓和電流，得到蓄電池的充電電壓-時間、充電電流-時間曲線。計算蓄電池模塊放容量：在蓄電池模塊倍率充電后，計算蓄電池模塊放容量。在25℃±5℃環(huán)境條件下，蓄電池模塊以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，記錄不同時間的放電電壓和電流，計算蓄電池模塊放電容量（單位為Ah）。3．蓄電池模塊試驗

（5）蓄電池模塊低溫放電試驗

蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在-22℃±2℃環(huán)境溫度下擱置24h，再以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓（該電壓值不低于25℃±5℃環(huán)境溫度下放電終止電壓的80%），記錄不同時間的放電電壓和電流，計算蓄電池模塊放電容量（單位為Ah）。3．蓄電池模塊試驗

（5）蓄電池模塊低溫放電試驗

蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在-22℃±2℃環(huán)境溫度下擱置24h，再以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓（該電壓值不低于25℃±5℃環(huán)境溫度下放電終止電壓的80%），記錄不同時間的放電電壓和電流，計算蓄電池模塊放電容量（單位為Ah）。

（6）蓄電池模塊高溫放電試驗蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在55℃±2℃環(huán)境溫度下擱置5h，再以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，記錄不同時間的放電電壓和電流，計算蓄電池模塊放電容量（單位為Ah）。3．蓄電池模塊試驗

（7）室溫下蓄電池模塊荷電保持及容量恢復能力試驗

蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在25℃±5℃環(huán)境溫度下儲存28天，再以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，計量蓄電池模塊荷電保持容量（單位為Ah）；再在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，計量蓄電池模塊荷電恢復容量（單位為Ah）。3．蓄電池模塊試驗

（8）高溫下蓄電池模塊荷電保持及容量恢復能力試驗

蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，在55℃±2℃環(huán)境溫度下儲存7天；蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下擱置5h后，以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，計量蓄電池模塊荷電保持容量（單位為Ah）；再在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，計量蓄電池模塊荷電恢復容量（單位為Ah）。3．蓄電池模塊試驗動力電池環(huán)境試驗箱動力電池3．蓄電池模塊試驗

（9）蓄電池模塊耐振動能力試驗蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，將蓄電池模塊固定至振動試驗臺上，按下述條件進行振動距掃描試驗：1/3I1(A)放電電流，上下單向振動，振動頻率為10Hz~55Hz，最大加速度為30m/s2，掃描循環(huán)為10次，振動時間為3h。振動過程中，觀察有無異?，F(xiàn)象。3．蓄電池模塊試驗

（10）蓄電池模塊儲存能力試驗

蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電后，以1I1(A)電流放電30min；再在45℃±2℃環(huán)境溫度下儲存28天；蓄電池模塊在25℃±5℃環(huán)境溫度下擱置5h后，在25℃±5℃環(huán)境溫度下完全充電，再以1I1(A)電流放電至任一單體蓄電池的電壓達到電池技術條件中的放電終止電壓，計量蓄電池模塊放電容量（單位為Ah）。10.3.2

動力蓄電池包和系統(tǒng)能量的測試

1．動力蓄電池包和系統(tǒng)能量測試的目的和標準動力蓄電池包和系統(tǒng)能量測試的目的是獲得動力蓄電池包和系統(tǒng)的能量和容量、功率和內(nèi)阻、能量效率等，用于評價動力蓄電池包和系統(tǒng)能量的性能。動力蓄電池包和系統(tǒng)的測試分為高功率和高能量的動力蓄電池包和系統(tǒng)的測試，測試的原理和方法有較多相同之處。本節(jié)介紹高能量的動力蓄電池包和系統(tǒng)的測試。動力蓄電池包和系統(tǒng)能量測試的標準是國家標準GB/T31467.1-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分：高功率應用測試規(guī)程》、GB/T31467.2-2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應用測試規(guī)程》，在執(zhí)行汽車試驗標準的蓄電池包和系統(tǒng)能量測試中，根據(jù)這些標準，開展動力蓄電池包和系統(tǒng)的測試。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)能量試驗

（1）蓄電池包和系統(tǒng)能量和容量測試蓄電池包和系統(tǒng)能量和容量測試的項目包括室溫、40℃高溫、0℃低溫和-20℃低溫下的能量和容量測試，其測試方法類似，具體測試步驟不完全相同，高溫、低溫下蓄電池包和系統(tǒng)能量和容量的測試在環(huán)境箱內(nèi)進行。下面介紹室溫下蓄電池包和系統(tǒng)能量和容量測試。室溫下蓄電池包和系統(tǒng)能量和容量測試方法：測試前，蓄電池包和系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，靜置30min或者達到室溫；再按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至電池技術條件中的充電截止條件，然后再靜置30min或者達到室溫。使用恒流放電至電池技術條件中的放電截止條件，停止放電，記錄放電電流、放電電壓和放電時間。放電電流對放電時間的積分為蓄電池包或系統(tǒng)的容量，放電電流和放電電壓的乘積對放電時間的積分為蓄電池包或系統(tǒng)的能量。通過放電電流對放電時間的積分及放電電流和放電電壓的乘積對放電時間的積分，求1C、Imax(T)倍率下的放電容量和能量。

1C為1小時的放電容量，Imax(T)倍試驗溫度T下最大持續(xù)放電電流。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

（2）蓄電池包和系統(tǒng)功率和內(nèi)阻測試蓄電池包和系統(tǒng)需要測試功率和內(nèi)阻的項目包括室溫、40℃高溫、0℃低溫和-20℃低溫及不同SOC下的功率和內(nèi)阻測試，其測試方法類似，具體測試步驟不完全相同。高溫、低溫下蓄電池包和系統(tǒng)功率和內(nèi)阻的測試在環(huán)境箱內(nèi)進行。下面介紹室溫下蓄電池包和系統(tǒng)功率和內(nèi)阻測試。室溫下蓄電池包或系統(tǒng)功率和內(nèi)阻測試：測試前，蓄電池包或系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，靜置30min或者達到室溫。再按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，靜置30min或者達到室溫。按表10-1測試的電壓和電流，其中，序號i中0號為蓄電池包或系統(tǒng)的初始狀態(tài)；1～11號為蓄電池包或系統(tǒng)放電，12號為蓄電池包或系統(tǒng)放電后靜置；13～16號為蓄電池包或系統(tǒng)充電，17號為蓄電池包或系統(tǒng)放電后靜置；I’max(SOC，T，t)表示荷電狀態(tài)SOC、溫度T、脈沖時間t、恒流放電下最大允許放電電流，測試溫度T為室溫，時間t在表10-1中；0.75I’max(SOC，T，t)表示荷電狀態(tài)（SOC）、溫度T、脈沖時間t、恒流放電下0.75倍的最大允許放電電流；-0.75I’max(SOC，T，t)表示荷電狀態(tài)（SOC）、溫度T、脈沖時間t、恒流充電下0.75倍的最大允許充電電流。在蓄電池包或系統(tǒng)放、充電中，蓄電池包或系統(tǒng)的電壓曲線如圖10-7所示，蓄電池包或系統(tǒng)的電流曲線如圖10-8所示。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗表10-2需要測試的電壓和電流序號i時間/s電壓/V電流/A對應電流/A00U0I0010.1U1I1I’max(SOC，T，t)22U2I2I’max(SOC，T，t)35U3I3I’max(SOC，T，t)410U4I4I’max(SOC，T，t)518U5I5I’max(SOC，T，t)618.1U6I60.75I’max(SOC，T，t)720U7I70.75I’max(SOC，T，t)830U8I80.75I’max(SOC，T，t)960U9I90.75I’max(SOC，T，t)1090U10I100.75I’max(SOC，T，t)11120U11I110.75I’max(SOC，T，t)12160U12I12013160.1U13I13-075I’max(SOC，T，t)14162U14I14-075I’max(SOC，T，t)15170U15I15-075I’max(SOC，T，t)16180U16I16-075I’max(SOC，T，t)17220U17I1702．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗圖10-7蓄電池包或系統(tǒng)的電壓曲線圖10-8蓄電池包或系統(tǒng)的電流曲線2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

1～11號放電時間內(nèi)蓄電池包或系統(tǒng)的放電內(nèi)阻為（10-7）

13～15號充電時間的蓄電池包或系統(tǒng)的充電內(nèi)阻為（10-8）

1～11號和13～16號時間內(nèi)的蓄電池包或系統(tǒng)的放電或充電功率為（10-9）式中，放電時，為放電功率；充電時，為充電功率。全過程放電內(nèi)阻為全過程充電內(nèi)阻為（10-10）（10-11）2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

（3）蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失測試無負載容量損失是指蓄電池系統(tǒng)在車載狀態(tài)下，長期擱置時的容量損失，包括可恢復容量損失和不可恢復容量損失兩部分，分別在室溫和40℃下測試擱置168h和720h的蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失，其測試方法相同。擱置168h（7天）的蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失測試：在室溫下，蓄電池系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，靜置30min或者達到室溫。再按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，靜置30min或者達到室溫。在室溫或40℃下擱置蓄電池系統(tǒng)168h，測試蓄電池系統(tǒng)無負載容量和能量，用蓄電池系統(tǒng)充電后的容量減去擱置168h的蓄電池系統(tǒng)無負載容量，分別得在室溫或40℃下擱置168h的蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失。擱置720h（30天）的蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失測試：在室溫下，對蓄電池系統(tǒng)2次放電和充電后，在室溫或40℃下擱置蓄電池系統(tǒng)720h，測試蓄電池系統(tǒng)無負載容量和能量，用蓄電池系統(tǒng)充電后的容量減去擱置720h的蓄電池系統(tǒng)無負載容量，分別得在室溫或40℃下擱置720h的蓄電池系統(tǒng)無負載容量損失。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

（4）蓄電池系統(tǒng)能量效率測試蓄電池系統(tǒng)能量效率測試的目的是測試蓄電池系統(tǒng)在不同溫度、不同倍率充電的性能以及能量循環(huán)效率。蓄電池系統(tǒng)能量效率的測試包括室溫、0℃和電池技術條件中的最高工作溫度Tmax下1C、Imax(T)的蓄電池系統(tǒng)能量效率的測試。不同溫度下1C、Imax(T)的蓄電池系統(tǒng)能量效率的測試的方法相同。下面介紹室溫下1C、Imax(T)的蓄電池系統(tǒng)能量效率的測試步驟:1）在室溫下，蓄電池系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，靜置30min或者達到室溫。再按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，靜置30min或者達到室溫。2）在室溫下，蓄電池系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，測量放電能量。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

3）按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，測量充電能量。

4）按式（10-12），計算室溫下1C充電的蓄電池系統(tǒng)能量效率。蓄電池系統(tǒng)能量效率：（10-12）5）在室溫下擱置蓄電池系統(tǒng)1h后，蓄電池系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，靜置30min或者達到室溫。再按1C或按蓄電池技術條件中的充電機制充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，靜置30min或者達到室溫。2．動力蓄電池包和系統(tǒng)試驗

6）在室溫下，蓄電池系統(tǒng)按1C或按蓄電池技術條件中的放電機制放電至電池技術條件中的放電截止條件，測量放電能量。7）按Imax(T)充電至蓄電池技術條件中的充電截止條件，測量充電能量。

8）按式（10-10），計算室溫下Imax(T)充電的蓄電池系統(tǒng)能量效率。10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗

1．動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗的目的及標準動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗的目的是獲得動力蓄電池包或系統(tǒng)振動、機械沖擊、碰撞、外部火燒等安全性，為評價電池包或系統(tǒng)安全性服務。

電動力池包或系統(tǒng)安全性試驗的標準是國家標準GB38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》。在執(zhí)行汽車試驗標準的動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗中，根據(jù)此標準，開展動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗。10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗

2．動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗準備及要求（1）動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗準備

1）充電：以不小于1I3的電流或按照制造商推薦的充電方法充電至制造商規(guī)定的充電截止條件。2）靜置：30min靜置或按制造商規(guī)定時間靜置。3）放電：以制造商規(guī)定的且不小于1I3

的電流放電至制造商規(guī)定的放電截止條件。4）靜置：30min靜置或按制造商規(guī)定時間靜置。5）重復：將1）～4）步驟重復，不超過5次。（2）動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性試驗要求動力蓄電池包或系統(tǒng)無泄漏、外殼破裂、起火或爆炸現(xiàn)象，絕緣電阻小于100Ω/V。10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗

3．動力蓄電池包或系統(tǒng)振動安全性試驗M1、N1類的車輛動力蓄電池包或系統(tǒng)振動安全性試驗方法：試驗開始前，將試驗對象的SOC狀態(tài)調(diào)至不低于制造商規(guī)定的正常SOC工作范圍的50%。按照試驗對象在車輛上安裝位置的要求，將試驗對象安裝在振動臺上。每個方向分別施加隨機和定頻振動載荷，加載順序宜為z軸隨機、z軸定頻、y軸隨機、y軸定頻、x軸隨機、x軸定頻（汽車行駛方向為x軸方向，另一垂直于行駛方向的水平方向為y軸方向）。也可自行選擇順序，以縮短轉換時間。測試過程按照GB∕T2423.56-2018《環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Fh：寬帶隨機振動和導則》。試驗過程中，監(jiān)控試驗對象內(nèi)部最小監(jiān)控單元的狀態(tài)，如電壓和溫度等。完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗

4．動力蓄電池包或系統(tǒng)機械沖擊安全性試驗

對動力蓄電池包或系統(tǒng)在±z方向施加7g、6ms的半正弦沖擊波6次，共12次，相鄰兩次沖擊的間隔時間以兩次沖擊在試驗樣品上造成的響應不發(fā)生相互影響為準，一般應不小于5倍沖擊脈沖持續(xù)時間。完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。5．動力蓄電池包或系統(tǒng)模擬碰撞安全性試驗

按照動力蓄電池包或系統(tǒng)在車輛上安裝位置的要求，將動力蓄電池包或系統(tǒng)水平安裝在帶有支架的臺車上。根據(jù)電池包或系統(tǒng)的使用環(huán)境給碰撞試驗車施加GB38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中規(guī)定的脈沖。完成以上試驗步驟后，在試驗環(huán)境溫度下觀察2h。10.3.3動力蓄電池包或系統(tǒng)安全性的試驗

6．動力蓄電池包浸水安全性試驗