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中汽中心王芳:动力电池系统测试评价标准与评估体系

2020-05-24

 
      

5月19日~20日,由中国汽车技术研究中心主办的2016·第四届国际电动汽车及关键部件测评研讨会于江苏常州成功召开。๑盖世汽车全程跟踪报道。

中国汽车技术研究中心试验研究所新能源试验室主任王芳

以下是动力电池系统测试评价技术会场,中国汽车技术研究中心试验研究所新能源试验室主任王芳发表题为《动力电池系统测试评价标准与评估体系..》的演讲实录。

王芳:

各位专家,各位同行,大家上午好。之前我的报告出题是动力电池系统的标准和测试评价相关┖的一些东西,昨天晚上我考虑了一下,我还是把单体一些东西稍微放在里面简单介绍一下,因为系统跟单体是分不开的,最近有很多的一些相关政策事情把电池一些标准、系统一些标准,也是大家关心关注的东西,我就一并简单给提一下。我的报︶︷︸告分成三个部分,第一是标准,第二"是测试评价,第三是简单的小节。

国家标准这块分为两大部分,一块是单体模块,还有一块是系统。简单提一下电池国家标准情况,现有的国家ㄨ和行业标☆准跟电动汽车用的电池相关的大概有15项,其中7项是电动汽车上公告所∩需要强制○检测论证相关的一些标准,也是各个企业想要进入规范管理的目录需要测试的一些相关标准。31484—2015是循环的,484、485、486〒这三个标准是联动起来使用的,要一起使用,这三个标准里面对于寿命来说,目前只要测标准循环,工况循环也需要测试,建议企业必须先自测。测试的对象是单体或者模块。486是性能的,里面主要测试对象是模块,大概需要十组模块需要测试。485因为涉及到安全标准,把它跟系统放在一起。31467.1—2015里面有高低‰温功率启动测试,31467.2—2015没有。安全性标准,31485—2015,3146.3,从机械电和热这几个方面来考核,当发生短路、内部外部短路,产生大量热量,或者最终※导极速赛车微信群 致热失控情况发生的时候,电池会是什么样的状态,我们希望它能够微信群公众号 保持是什么样的状态。484、485、486这三个标准需要同时送样,单体是24 4,模块大概是22 2的数量。

因为现在测试系统很多,.1、.2基本送到3到5个样品就可以,因为自己的选择,.3有16项,根据我们的经验,▧如果达到IP6、7,5到6个样品可以完全测试,我建议企业做.1™、.2、.3项目,建议送5 6的组合,就是5个做.2,6个做.3▎▏,我们可以同时开展相应的实验。

第二部分测试评价,其实测试评价这块,我是想把测试的过程中发现的一些问题跟大家说一下。这块主要分▂▃▅▆█两部分,一个是性能,一个是安全。电池的评价主要是几个部分,一个电池本身,电池性能和安全性,加上BMS的管理,再加上电池外壳的特性,外壳主要是安全、防护、机械、阻燃以及防腐蚀等特性。最后组成电池系统后,我们对系统的评价就会涵盖这几个方面,我觉得从评价来说不外乎分为三个方面,一个是基本性能,一个是循环性能,一个是安全性能。现在看看电池系统的性能很多程度上从电芯一致性体现出来,循环特性大家肯定很关注可靠性,电池耐久特性,这是毋庸置疑的。第三个安全性这块,刚才赛车微信群 已经提到了,从电芯本身的热、电安全特性,再加上系统BMS的保护,在不同层级有不同的要求。

这是我自己实验室做电池系统评价的流程,中间的是正式的测试项目,无论测哪个项目之前就要进行外。观的检查、安全的检查等,对BMS功能进行检验,包括DBC文件协调,再调整试验状态来做我们的试验。试验之后,我们还必须进行检查,试验Ⅳ结果的判断和及时试验样品的处理,这些都是非常重要的,在座有在各公司负责电池测试论证的,因为系统是高压的系统,安全问题也有很多,也是值得大家非常关心的,做测试真的是无小事。电池系统测试的时候,这是我们同事画的一张图,不一定都全部集成在电池系统里,在这种情况下,我们需要这样的一些原件去配合,跟测试设备形成良好的互动,这样才能更好的测试出电池系统本身所能发挥出来的一些性能。这块如果说是调配不好的话,其实电池的一些特性也⿳不能很好的表现出来。在测试性能这块,简单的把我们关心和发现的一些问题跟大家简单提一下,一个是一致性,一致性非常重要,不单跟性能相关,跟安全性也非常相关,跟๑其他的各方面都有关系。这是我们做HPPC测试的时候,特意去关心了一下当电池一致性差异会给电池的功率特性、内阻特性带来很大的变化,也做了在不同快充✿。✿快放之后再看电池能量效率,电芯一致性有很多影响。不同体系的电池有不同的特点,系统在不同温度下,在不同倍率的时候,所测试出来能量效率表现特征不一样,另外我们也发现SOC不同▣▤▥状态在每一种电池内部对能量效率发挥到不是那么的大,相比较而言温度是能量效率发挥最大的影响因素。刚才讲的是能量效率,还有大家比较关注的功率特性,我做的是单体功率特性,系统也做ↆ了,我们发现系统做的时候功率特性跟内阻一些变化,包括内阻受温度影响的一些变化还是非常大的。我还是想从单体角度去说说,因为我们对单体功率特性也做了很多的评估。因为整车控制策略,我最后还会提到SOP的概念,功率状态。功率状态,相当于电池充电功率和放电功率特性是什么,很大程度就决定了整车控制策略是什么样,可用SOC范围能够设置多少,最大电流预值在什么范围,这是我们做单体评▓价比较重要的一方面。

后面主要是提一下安全,汇总了几款典型电池系统,单体比能量和系统比能量的差异,简单把比能量闭环做了罗列,三元电池成组率高一些,这43款自然冷却有25款,占58%,液冷有5款,其他是风冷。其他项目是我们做性能测试,包括做其他一些企业委托试验时,我觉得是非常重要也是非常有意思的Ⅺ试◈验。

我们统计了229个电池包样本,可能会有同款同样的类型,发现就国标测试▔来说,前面16项测试来说,里面问题最大的是什么?根据我们的经验,目前来看各种电池包在做系统测试的时候,最容易出现问题主要有三项,一个是振动,一个是挤压,一个是≤外部火烧,这三项出现的不合格率程度会稍微高一些。

机械这块,‥有6大项测试,挤压、振动、翻转测试、模拟碰撞、机械冲击、跌落,外壳破裂,内部支架损失,接插件松动,高低压温度磨损,最严重短路的发生。我们把电池外壳∫打开以后,里面的模组连接的螺栓已经松动甚至脱落下来,机械冲击最大的问题,我给大家展示的图是机械冲击加速度已经超过了标准规定值,达到了50个G以上的值,做这个试验的时候主要发现安装点因为引力集中而损坏。挤压,起火有两方面,一个是空间结构设计缺陷造成的,因为高压系统的设计里种种因素,很多抗不住200迁流,还有空间排布不合理。环境试验这块,相对来说比较简单一些,包括湿热、≡温度冲击、高海拔,基本没有出太多的问题。出问题主要是在火烧、炎热这块。海水浸泡简单说一下,盐水能够迅速进入单体,可以迅速产生反应。这是电池包放在水里几天,还可以正常运行的试验,还不完全是IP67的试验,因为要求浸泡在水里1米深的高度。还有盐雾、湿热、火烧一些实验。保护功能,在标准里只有4项保护标准,充电安全大家是非◎常关心的,充电跟很多因素相关,包括⿴充电设施这块的充电监测中心,充电设备,充电机也包括车量监控,电动汽车本身BMS要求,同时中间充电接口以及通讯协议↘也是非常重要的,每一个环节都是环环相扣,每一个环节出现问题都会出现导致很严重的事故发生。这是我们做的过充实验,电池完全┛烧毁,对于电池系统本身来说应该本身具有抗过充的能力,同时电池系统BM╩S一定要有过充电保护设计。国标正在制定电池管理系统的相关标准,下周三会在深圳开研讨会。

最后想提一下刚才说到的除了16项安全测试以外的几个项目,我们在实际测试过程中发现特意的留意了一下,一个风冷电池管理系统,当做一个风冷设计的时候,发现有一个电池包如果在没开起风冷的时候,温升比较高,但是内部温度比较均匀,开起风冷之后有一定的温差,当你不了解电池热特性和热扩散途径的话,不正确的附加风└冷系统反而导致电池温差,电池不一致性加剧,很快让电池系统失效,这也是我比较担心的,觉得大家应该关心的一个方面。第二个是两款电池,一个风冷,一个热冷,把冷却系统都关闭了,处于自然的状态,只是两家设计方式不一样,两款电池温差、温升速度都不一样,这是我测试的两款产品,左边的图是大家非常主要的,国内有很多款电池有这样的特性,温升在10度左右做这个实验的时候,温差在5度左右,看到比较好的设计没有看到散热装置起作用,温差在2度,温升在5度,可以评估下两款的差异。这是刚才我最初提到SOP的概念,电池管理系统整个电池系统设计来说应该根据电池电压、温度和所使用的环境,来制定电池充放电功率,把信息反馈给整车,让电池用在比较舒适绿色区域里,可能会比较好一些。电动汽车的安全怎样弄,电池是电化元载体,电池△在充上电的时候发生各种反应,有这么多反应,因为外界的影响有很多不确定因素存在,安全性怎么办?我们必须了解电池的基本安全是在哪个等级,因为国标要求不起火不爆炸就可以,上面有很多等级,比如第二个和第一个都是属于OK,但是表现不一样,安全风险也不一样,起火整个电动汽车发生事故的概率也是不一样的,在这种情况下,我们觉得必须在了解电芯基本情况下,了解绿色区域是什么,不能触碰的红点在哪里,然后附加电池管理系统的设计,最终加上系统的保护。一个电芯发生失控的时候,系统发生热失控速度都能减缓下来,不是要求电池最终不热失控,只是在发生安全事故之前,车上的人能够有足够逃生时间,这是我们要求的安全理念。我们希望能够尽量挑选高品质的产品,满足安全性能,充分电池性能,高水平的BMS管々理。

谢谢大家。

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