動力電池單體性能快速評價研究

何志輝，閆國豐，王記磊，鄒興華

(1.廣東省珠海市質量計量監督檢測所，廣東珠海 519000；2.中國第一汽車股份有限公司，吉林長春 130025)

0 引言

新能源汽車已成為世界各國政府和各大汽車公司關注和研究的焦點。隨著新能源汽車向實用化、產業化、商品化方向的不斷發展,電動汽車勢必將成為首選的交通工具[1]。動力電池是電動車的核心部件之一,其技術水平一直是新能源汽車發展的瓶頸。

目前動力電池主要為鋰離子電池和鎳氫電池等。不同類型的電池有著不同的優缺點[2]，其特性參數也存在差異。即使同一種類電池，由于設計理念、生產工藝的差異，電池性能差別很大。這就需要根據整車的實際需求對電池進行正確的評價和選擇。目前，對動力電池性能評價的方法較多，但大多復雜且測試時間較長[3]。本文作者通過對動力電池的主要性能指標進行測試，快速完成對電池的評價。通過對動力電池的性能進行快速評價研究，為完善動力電池評價體系的建立奠定了基礎。

1 制定快速評價項目和方法

1.1 性能測試項目的確定

動力電池單體性能測試項目[4-5]有很多，如容量測試、倍率放電性能、倍率充電性能、功率性能、溫度放電性能、溫度充電性能、自放電/荷電保持能力、ACR交流阻抗、循環壽命、日歷壽命等。根據動力電池在整車上的實際應用，確定動力電池單體主要性能測試項目為：容量測試、倍率放電性能、倍率充電性能、功率性能、溫度放電性能、溫度充電性能。對動力電池單體性能快速評價依據這6個項目開展測試。

1.2 性能快速評價測試方法

動力電池單體性能快速評價測試方法見表1。測試過程中采集時間、溫度、電流和電壓等數據，采樣時間根據具體情況而定。

表1 性能快速評價測試方法

2 評價試驗

2.1 快速評價的樣品

快速評價的動力電池單體樣品來自不同電池廠家，詳細信息見表2。

表2 動力電池單體詳細信息

2.2 快速評價試驗的典型曲線

按照表1測試項目，對上述動力電池單體進行試驗。其容量測試曲線、倍率充/放電測試曲線、功率性能曲線、溫度充/放電曲線分別如圖1—圖7所示。

圖1 EV電池1/3C放電曲線

圖2 EV電池5C放電曲線

圖3 EV電池3C充電曲線

圖4 EV電池放電比功率曲線

圖5 EV電池充電比功率曲線

圖6 EV電池-20 ℃放電曲線

圖7 EV電池-20 ℃充電曲線

3 結果及分析

3.1 容量測試

容量測試結果分析如圖8—圖11所示。

圖8 EV電池質量比能量比較

圖9 EV電池體積比能量比較

由圖8、圖9可知，EV電池的質量比能量的平均值為124.4，除H、G、B電池外，其他幾家電池的質量比能量均低于平均值。質量比能量較高的電池從高到低的排序依次為：H、G、B電池。采用類似的方法，對體積比能量較高的電池從高到低依次為：G、H、B、E、A。

圖10 PHEV電池質量比能量比較

圖11 PHEV電池體積比能量比較

由圖10、圖11可知，PHEV電池的質量比能量的平均值為118.1，除J-2、H、J-1、E電池外，其他幾家電池的質量比能量均低于平均值。質量比能量較高的電池從高到低的排序依次為：J-2、H、J-1、E電池。采用類似的方法，對體積比能量較高的電池從高到低依次為：H、I、F-2、B。

3.2 倍率放電性能

倍率放電性能結果分析如圖12、圖13所示。

圖12 EV電池倍率放電性能比較

圖13 PHEV電池倍率放電性能比較

由圖12可知，EV電池的倍率放電性能，F低于平均水平，該項性能指標較差，其余7家電池的倍率放電性能從高到低依次為：A、E、B、G、D、C、H。

由圖13可知，PHEV電池的倍率放電性能，H和F-1低于平均水平，該項性能指標較差，其余7家電池的倍率放電性能從高到低依次為：I、B、A、J-1、E、F-1、J-2。

3.3 倍率充電性能

倍率充電性能結果分析如圖14、圖15所示。

圖14 EV電池倍率充電性能比較

圖15 PHEV電池倍率充電性能比較

由圖14、圖15可知，EV電池的倍率充電性能均很好，PHEV電池的倍率充電性能也都很好。

3.4 功率性能

功率性能結果分析如圖16、圖17所示。

圖16 EV電池質量比功率比較

圖17 PHEV電池質量比功率比較

由圖16可知，EV電池的質量比功率的平均值為1 219.6，除G、H、E、C電池外，其他幾家電池的質量比功率均低于平均值。質量比功率較高的電池從高到低依次為：G、H、E、C。

由圖17可知，PHEV電池的質量比功率的平均值為1 412.1，除J-2、J-1、E、B、H電池外，其他幾家電池的質量比功率均低于平均值。質量比功率較高的電池從高到低依次為：J-2、J-1、E、B、H電池。

3.5 溫度放電性能

溫度放電性能結果分析如圖18、圖19所示。

圖18 EV電池溫度放電性能比較

圖19 PHEV電池溫度放電性能比較

由圖18可知，EV電池的常溫、高溫放電性能均較好，低溫放電性能差別很大。低溫放電容量比率平均值為73.16%，除E、H、F、D電池外，其他幾家電池的低溫放電性能均低于平均值。低溫放電性能較高的電池從高到低依次為：E、H、F、D。

由圖19可知，PHEV電池的常溫、高溫放電性能較好，低溫放電性能差別很大。低溫放電容量比率平均值為72.35%，除J-1、E、H、J-2、F-1電池外，其他幾家電池的低溫放電性能均低于平均值。低溫放電性能較高的電池從高到低依次為：J-1、E、H、J-2、F-1。

3.6 溫度充電性能

溫度充電性能結果分析如圖20、圖21所示。

圖20 EV電池溫度充電性能比較

圖21 PHEV電池溫度充電性能比較

由圖20可知，EV電池的常溫、高溫充電性能均較好，低溫充電性能差別很大。低溫充電容量比率平均值為71.79%，除G、A、H、D電池外，其他幾家電池的低溫充電性能均低于平均值。低溫充電性能低于平均值的，認為該項性能指標較差。低溫充電性能較高的電池從高到低依次為：G、A、H、D。

由圖21可知，PHEV電池的常溫、高溫充電性能均較好，低溫充電性能差別很大。低溫充電容量比率平均值為43.44%，除J-2、F-1、E、F-2電池外，其他幾家電池的低溫充電性能均低于平均值。低溫充電性能低于平均值的，認為該項性能指標較差。低溫充電性能較高的電池從高到低依次為：J-2、F-1、E、F-2。

3.7 電池單體性能對比分析

通過快速評價，對多家國內外知名電池廠家的電池單體進行測試和分析，分別得出了EV電池單體性能指標排序表(表3)和PHEV電池單體性能指標排序表(表4)。此表已成功指導了某EV車型電池總成的開發和PHEV電池總成的開發。

EV電池更注重能量、溫度性能指標；PHEV電池則更注重功率性能、溫度性能、倍率性能指標。從電池單體性能指標排序表(表3、表4)中可以看出：EV電池單體綜合性能最好的為H，其次為G；PHEV電池單體綜合性能最好的為J-2，其次為E。

表3 EV電池單體性能指標排序

表4 PHEV電池單體性能指標排序

4 結束語

為了建立一套快速科學低成本的動力電池單體性能評價體系，文中分別對動力電池單體測試項目和測試方法進行了精簡和優化。結果表明，從功率﹑倍率和溫度特性這3個維度進行測試，不僅能夠對動力電池單體綜合性能進行比較科學的評價，還能縮短測試評價的時間和成本。