動力電池在高寒地區的電性能測試研究

袁興建

（西藏自治區能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

青藏高原作為國家生態安全屏障，青藏高原的生態安全事關亞洲乃至世界生態安全，保護青藏高原生態安全是我們科研人員義不容辭的責任。然而汽車尾氣已經成為威脅青藏高原生態安全重要因素，必須加快新能源汽對傳統燃油汽車的替代，來減輕青藏高原生態安全工作的壓力。但西藏特殊的地理環境對新能源汽車提出更加嚴苛的要求，需要在高寒地區對新能源汽車的核心部件動力電池系統開展可行性測試研究。通過文獻檢索，當前鋰離子電池的技術雖然已基本成熟，動力電池也有相應的行業標準和國家標準，但對于高寒地區而言，鋰離子動力電池還沒有相應的檢測方法和標準，而電動汽車的動力電池作為一個復雜的動力系統，不能簡單引用已有的行業標準和國家標準來檢測其在高寒地區的性能，必須結合實際情況對動力電池在高寒地區的性能進行測試研究，確保電動汽車能安全運行，并根據系統性的測試數據對電動汽車在高寒地區的安全運行的適應性改造提供數據依據，從而加快電動汽車在西藏的推廣。

研究選取三元鋰離子動力電池為實驗對象，并根據現有的國家標準設計鋰離子動力電池測試方案。依據測試方案對鋰離子動力電池開展相關電性能實驗，如容量實驗、功率內阻實驗、高低溫啟動功率實驗和能量效率實驗等。通過整理分析相關實驗數據，找出鋰離子動力電池系統在高寒地區的電性能情況，完成動力電池在高寒地區的適應性改造的前期準備工作。

1 鋰離子動力電池組測試方法

研究測試樣品為三元鋰離子動力電池，型號：72V/252Ah；電池組的單體電池為圓柱型鋰離子動力電芯，型號：26980S，標稱容量：6Ah，標稱電壓：3.6V；測試條件中的氣壓為相對氣壓，以拉薩市氣壓為標準；實驗環境主要為海拔4500米、常溫，3600米、常溫；實驗主要依據為GB/T3167.1-2015；氣壓的依據是根據西藏主要城市的年平均氣壓進行轉換［1］。

1.1 容量試驗

由于動力電池系統在大電流充放電過程中會產生大量的熱量，使動力電池系統的溫度上升，給電動汽車的安全運行帶來隱患。為保證電動汽車在高寒地區的安全運行，就必須掌握動力電池在高寒地區的電性能參數。為此，我們通過開展不同海拔范圍內動力電池系統的容量實驗研究，分析動力電池系統在充放電過程中單體電池的溫差、壓差及系統功率變化情況來研究動力電池在高寒地區的電性能參數。

實驗主要分析充電過程SOC為40-100%，放電過程SOC為100-0%的測試數據。

1.1.1 0.5C充電過程中功率、溫差、壓差變化情況。通過對測試數據的分析整理，得到如下結果：當海拔為3600米充電量為10.351kWh,海拔為4500米充電量為11.434kWh；由曲線圖可知：海拔越高，充電功率越小，單體電池溫差變幅度也大并呈上升趨勢，單體壓差變化幅度越大并呈上升趨勢。

1.1.2 1C放電功率、溫差、壓差變化情況。通過對測試數據的分析整理，得到如下結果：海拔為3600米放電量為16.175kWh，海拔為4500米放電量為15.804kWh；海拔越高，放電功率越小，單體電池溫差變幅度保持一致并呈上升趨勢，單體壓差變化幅度越大并呈上升趨勢。

1.2 功率和內阻

主要測試動力電池的動態工況下的功率特性和內阻特性，模擬電池包的實時工況［2］。

根據GB/T3167.1-2015計算如表1。

表1 不同海拔內組功率比較表

根據統計，海拔越高，電阻越大，功率也變大。

1.3 高溫啟動功率

高溫啟動功率實驗主要測試，在高溫和低SOC情況下電池的輸出能力［3］（如表2）。

表2 不同海拔高溫啟動功率比較表

根據統計，海拔越高，啟動功率越低。

1.4 能量效率

能量效率效率實驗主要測試動力電池在不同SOC的狀態下電池包快速充放電效率［3］（如表3）。

表3 不同海拔能量效率比較表

根據統計，海拔越高，耗能越高，同時效率越高。

2 實驗平臺搭建方案

鋰離子動力電池組測試通過下圖所示實驗平臺實現

圖1 鋰離子動力電池組測試圖

實驗的實驗設備主要有鋰離子動力電池組、高低溫低壓環境試驗箱、能量回饋型電池組充放電測試系統、CAN盒、計算機及相應的測試單元組成。高低溫低壓環境試驗箱為動力電池系統模擬高寒地區的氣候環境；能量回饋型電池組充放電測試系統同動力電池系統測試軟件一起完成動力電池系統各項性能測試，并輸出測試數據，CAN盒的主要作用是檢測電池包內部每一個單體電池的電壓、溫度實時狀況。

3 結束語

研究選擇鋰離子動力電池組為測試對象，以國標為依據，以高寒地區的氣候特征為測試環境，對鋰離子動力電池組的容量、功率內阻、高溫啟動功率及能量效率等電性能進行測試。通過分析測試數據，發現動力電池在高寒地區的充電耗能變大，有用能變小，內阻變大，能為電動汽車提供的啟動功率變小，充放電時單體電池的溫度和電壓一致性變差。這些結果表明，要在西藏大規模推廣電動汽車，必須根據高寒地區氣候特征對動力電池進行適應性改造和加快動力電池在高寒地區運行標準的研制；只有根據高寒地區的特征對動力電池開展系統性測試，才能對動力電池在高寒地區的性能做出完整的評價，才能掌握動力電池在高寒地區的運行情況［5］，為動力電池系統在高寒地區的適應性改造和安全高效使用打下堅實基礎，才能進一步優化電動汽車的動力系統。