纯电动商用车用能量型蓄电池工况循环寿命检测
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发布时间:2025-07-24 13:57:52 更新时间:2025-07-23 13:57:52
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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纯电动商用车(包括物流车、公交车、环卫车等)的可靠性与经济性,高度依赖于其核心动力源——能量型蓄电池(通常指锂离子电池)的性能衰减程度。工况循环寿命检测,是评估电池在模拟实际车辆行驶工况条件下的长期耐久性与容量衰减情况的核心试验。相较于简单的标准充放电循环,工况循环通过复现车辆真实的加速、减速、巡航、怠速、启停、制动能量回收等动态负荷变化,更精确地模拟电池在实际使用中的应力环境,尤其对于负荷频繁变化、启停次数多的商用车应用场景至关重要。该检测能揭示电池在复杂动态工况下的老化机制、容量保持率、内阻增长、功率衰减等关键性能变化趋势,为整车续航里程预测、电池系统设计优化、维护策略制定以及产品质量认证提供关键数据支撑,是保障车辆全生命周期使用效能和安全性的基石。
工况循环寿命检测的核心项目通常包括:
1. 容量衰减检测: 在指定温度下,定期(如每50或100次等效循环后)进行标准容量测试(如1C恒流放电至截止电压),计算容量保持率(剩余容量/初始容量)。这是衡量电池寿命最直观的指标。
2. 能量效率检测: 计算单个工况循环或特定周期内,电池放电能量与充电能量的比值,评估系统在动态工况下的能量转化损失。
3. 内阻变化检测: 定期测量电池在特定SOC点(如50%)的直流内阻(DCR)或交流内阻(ACR),内阻的增长是电池老化的重要表征。
4. 功率特性检测: 定期进行峰值功率、持续功率测试(如HPPC测试或恒功率放电),评估电池满足车辆加速、爬坡等动力需求能力的衰减情况。
5. 温升特性监测: 在整个循环过程中监测电池单体、模组或Pack关键位置的温度变化,评估热管理系统的效能和电池热安全性。
6. 容量恢复能力检测: 在长期循环后,通过特定静置或小倍率充电,测试容量是否能部分恢复,评估不可逆老化程度。
7. 寿命终止判定: 当容量保持率衰减至规定阈值(通常为初始容量的80%)或内阻增长至规定阈值(通常为初始值的1.5倍或2倍)时,判定寿命终止(End of Life, EoL),记录循环次数。
进行工况循环寿命检测需要一系列高精度、高性能的专业设备:
1. 电池充放电测试系统: 这是核心设备,需具备:
* 高精度: 电压、电流测量精度(通常优于0.05%FS),高采样率(≥1kHz)。
* 高动态响应: 能够快速、准确地跟随复杂的、变化的功率/电流工况曲线。
* 大功率范围: 满足商用车电池包或大模组的高功率测试需求。
* 通道扩展性: 支持多通道并行测试,提高效率。
2. 环境模拟试验箱: 提供可控的温度环境(如 -40℃ 至 +85℃),模拟车辆在不同气候条件下的工作状态。
3. 数据采集系统: 用于同步采集电压、电流、温度、时间等大量数据。
4. 电池管理系统模拟器/通讯接口: 与被测电池包BMS通信,获取SOC、SOH、单体电压、温度等内部信息。
5. 安全监控系统: 包括烟雾探测、气体检测(如CO、H2)、火焰探测、视频监控、自动灭火装置等,保障测试安全。
6. 冷却系统: 为测试设备和/或被测电池提供必要的主动冷却(水冷或风冷)。
工况循环寿命检测方法的核心在于定义和应用能代表目标商用车实际行驶特征的“工况循环”曲线:
1. 工况循环定义:
* 基于目标车型(如特定型号的电动公交车)在实际运行线路中采集的大量行驶数据(速度-时间曲线),通过数据处理(如特征提取、聚类分析、马尔可夫链建模等),提炼出具有代表性的标准工况循环曲线(如中国城市公交工况CCBC、中国轻型商用车工况CLTC-C等,或自定义循环)。
* 将速度-时间曲线转换为电池端所需的功率-时间曲线或电流-时间曲线。这需要结合整车参数(质量、风阻系数、滚阻系数、传动效率等)和电池系统参数进行仿真计算。
2. 测试流程:
* 预处理/初始测试: 电池在指定温度下进行若干次标准充放电循环进行活化,然后进行初始容量、内阻、功率等基准测试。
* 工况循环执行: 在规定的环境温度下(通常为25℃或40℃等加速老化温度),电池按照定义的工况循环曲线进行连续的充放电测试。一个“循环”通常定义为完成一次完整的、代表特定里程(如50km、100km)的工况曲线。
* 定期性能测试: 在累积一定数量的等效循环(如每50次)后,中断工况循环,在标准条件下进行容量、内阻、功率等性能测试。
* 过程监控: 持续记录循环过程中的电压、电流、温度等数据。
* 寿命终止判定: 当容量或内阻达到设定的寿命终止阈值时,停止测试。记录总循环次数。
* 失效分析: 对寿命终止的电池进行拆解和分析,研究老化机理。
纯电动商用车用能量型蓄电池工况循环寿命检测主要遵循以下标准(具体标准可能不断更新,需以最新版为准):
1. 中国国家标准:
* GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》: 这是基础标准,规定了标准循环寿命(等倍率充放电)的测试方法和要求。虽然未强制规定具体工况循环,但为工况循环测试提供了基础框架(如环境条件、容量测试方法)和寿命终止判定依据(80%容量保持率)。
* GB/T 31467.1~.3《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统》: 这些标准规定了电池包和系统的安全性测试要求,间接关联耐久性要求。部分企业或项目会参考此系列标准的要求制定工况循环寿命细则。
* GB/T 38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》: 对BMS的SOH估算精度等有要求,工况循环寿命测试数据是验证和标定SOH算法的重要依据。
2. 行业标准/团体标准/企业标准:
* 由于GB/T 31484未详细规定工况循环,针对商用车的具体工况循环测试方法通常由以下标准或规范补充:
* 中国汽车工业协会、中国汽车工程学会等发布的团体标准或技术规范。
* 特定示范项目(如公共交通电动化推广项目)制定的技术要求和测试规范。
* 整车厂或电池厂内部制定的更严格的企业标准。
* 这些标准通常会明确规定:
* 采用的工况循环曲线(如基于某城市公交线路定制的CCBC变种)。
* 测试的环境温度(常选择25℃和40℃甚至更高)。
* 定期性能测试的间隔。
* 寿命终止的目标值(如80%容量保持率下要求达到的循环次数目标)。
3. 国际标准参考:
* ISO 12405-1/-2/-3: 电动道路车辆用锂离子动力电池包和系统的测试规范,包含性能和安全测试要求。
* IEC 62660-1:
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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