在用電動(dòng)汽車綜合性能測(cè)試方案研究

邢博 于津濤

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司）

隨著電動(dòng)汽車保有量的快速增長(zhǎng)，在用車輛的安全運(yùn)行狀況愈發(fā)受到重視。此外，動(dòng)力電池的報(bào)廢周期一般約在5~8年，新能源車用動(dòng)力電池目前已經(jīng)逐步進(jìn)入報(bào)廢期[1]。動(dòng)力電池報(bào)廢回收，以及后續(xù)在用新能源車輛的報(bào)廢機(jī)制問題，都使得對(duì)在用電動(dòng)車輛的實(shí)際運(yùn)行性能的檢測(cè)迫在眉睫。目前針對(duì)新能源車輛的測(cè)試主要集中在研發(fā)生產(chǎn)和出廠前的測(cè)試。專業(yè)的車輛評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)針對(duì)市場(chǎng)的電動(dòng)車輛的測(cè)試也更注重于某些項(xiàng)目的深入評(píng)價(jià)，且部分測(cè)試帶有破壞性。試驗(yàn)的目的主要是為了檢驗(yàn)車輛的設(shè)計(jì)生產(chǎn)缺陷而非在用車輛的運(yùn)行性能。

1 在用電動(dòng)汽車檢測(cè)現(xiàn)狀

1.1 政策標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上在用汽車的檢測(cè)主要由汽車綜合性能檢測(cè)站負(fù)責(zé)，標(biāo)準(zhǔn)參照GB 21861—2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》和GB 18565—2016《營(yíng)運(yùn)車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》。2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)電動(dòng)汽車三電系統(tǒng)做針對(duì)性要求，且對(duì)在用電動(dòng)汽車檢驗(yàn)方面無(wú)強(qiáng)制性要求，檢測(cè)站一般按傳統(tǒng)車輛進(jìn)行快速檢測(cè)，確保車輛運(yùn)行狀態(tài)和行駛安全。

電動(dòng)汽車的整車檢測(cè)目前主要依賴于生產(chǎn)廠商和專業(yè)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，一般參照車輛生產(chǎn)企業(yè)的下線出廠檢測(cè)流程和GB/T 18384《電動(dòng)汽車安全要求》進(jìn)行測(cè)試。該標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)汽車生產(chǎn)企業(yè)在車輛生產(chǎn)下線過(guò)程的檢測(cè)制定，難以滿足市面在用車輛的普遍檢測(cè)。

GB/T 35179《在用電動(dòng)汽車安全行駛性能臺(tái)架檢驗(yàn)方法》是目前發(fā)布的唯一一項(xiàng)針對(duì)在用電動(dòng)汽車檢驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了常規(guī)檢測(cè)、電氣安全、驅(qū)動(dòng)能力、電能消耗、動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)及車內(nèi)電磁環(huán)境6類檢測(cè)項(xiàng)目。

1.2 測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀

目前電動(dòng)汽車測(cè)試的研究主要集中于研發(fā)生產(chǎn)測(cè)試，在用電動(dòng)汽車測(cè)試的研究較少，雖然部分項(xiàng)目存在少量方案和設(shè)備，但受限于檢測(cè)站的技術(shù)能力和定位。目前尚未有成熟的針對(duì)在用電動(dòng)汽車的快速、自動(dòng)檢驗(yàn)的完成方案、規(guī)程和裝備，需要對(duì)當(dāng)前存在的測(cè)試項(xiàng)目和技術(shù)方案進(jìn)行整合梳理，使之適用于在用電動(dòng)汽車測(cè)試。

GB/T 18384中通過(guò)接入車輛電力系統(tǒng)回路進(jìn)行電氣安全測(cè)試，包括車輛絕緣、耐壓、電位均衡和絕緣監(jiān)控，需要改造線束或預(yù)留測(cè)試接口。動(dòng)力電池測(cè)試一般通過(guò)充電設(shè)備進(jìn)行多次慢充滿放，測(cè)試準(zhǔn)確但耗時(shí)極長(zhǎng)，部分企業(yè)初步研發(fā)了電池包容量快速測(cè)試裝備，測(cè)試時(shí)間在十多分鐘。

相較于在用電動(dòng)汽車測(cè)試方面的稚嫩，電動(dòng)汽車研發(fā)生產(chǎn)測(cè)試經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟。各主機(jī)廠的產(chǎn)線檢測(cè)設(shè)備和試驗(yàn)室研發(fā)測(cè)試裝備都可以很好地對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行全面深度的檢測(cè)，部分項(xiàng)目會(huì)成為在用電動(dòng)汽車檢測(cè)的發(fā)展方向。這些檢測(cè)項(xiàng)目及測(cè)試方案對(duì)于在用車輛的檢測(cè)都具有極大的借鑒參考意義。

2 在用電動(dòng)汽車檢測(cè)方案

2.1 總體方案

本研究以儀器檢測(cè)為主，結(jié)合人工、數(shù)據(jù)分析等多層次方法，檢測(cè)項(xiàng)目如圖1所示，分為整車電安全、電池、電驅(qū)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)4部分，從功能測(cè)試、性能測(cè)試、安全測(cè)試3個(gè)層面，將測(cè)試項(xiàng)目分為一般測(cè)試項(xiàng)和參考測(cè)試項(xiàng)目。需要說(shuō)明的是，檢測(cè)內(nèi)容應(yīng)額外包括現(xiàn)行汽車的測(cè)試項(xiàng)目。

圖1 檢測(cè)項(xiàng)目

一般測(cè)試項(xiàng)目符合普適和快速原則，無(wú)需通信協(xié)議或可以采用國(guó)標(biāo)協(xié)議，測(cè)試周期較短，適合汽車綜合檢測(cè)站等社會(huì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)在用電動(dòng)汽車進(jìn)行運(yùn)行安全性能的測(cè)試。一般測(cè)試項(xiàng)目分為儀器測(cè)試和人工測(cè)試2類，儀器測(cè)試需要借助專用儀器進(jìn)行測(cè)試，人工測(cè)試無(wú)需借助儀器，可采用目視或者操作等方式進(jìn)行檢驗(yàn)。

參考測(cè)試項(xiàng)目表示該項(xiàng)目針對(duì)在用車輛的測(cè)試存在非通用的先決條件或測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng)，但測(cè)試具備意義，后續(xù)待相關(guān)法規(guī)完善，可以通過(guò)該類項(xiàng)目進(jìn)行更為全面的測(cè)試。其中電磁環(huán)境在非專業(yè)測(cè)試環(huán)境下干擾很大，這里列為參考項(xiàng)。

2.2 檢測(cè)流程

流程規(guī)劃需要對(duì)測(cè)試所需設(shè)備和操作進(jìn)行工位歸類，部分無(wú)現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備的項(xiàng)目按新作設(shè)備進(jìn)行歸類[2，3]。歸納設(shè)備需求包括：安規(guī)檢查設(shè)備、在用電池包測(cè)試設(shè)備、底盤測(cè)功機(jī)設(shè)備、充電樁及電裝檢查設(shè)備。

按被測(cè)車輛的狀態(tài)可以將測(cè)試分為車輛初始態(tài)數(shù)據(jù)、上電數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試。車輛初始和上電狀態(tài)處于靜止?fàn)顟B(tài)，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)必須在空曠地段或輔以測(cè)功機(jī)。檢測(cè)線流程規(guī)劃如圖2所示，遵守先安規(guī)再上電，先靜態(tài)再動(dòng)態(tài)，先靜止再運(yùn)動(dòng)的規(guī)則進(jìn)行。

圖2 檢測(cè)流程圖

在用電動(dòng)汽車靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行人工檢查，然后設(shè)備進(jìn)行整車電安全檢查，通過(guò)后開始上電，測(cè)試絕緣監(jiān)測(cè)指示以及車輛絕緣監(jiān)測(cè)驗(yàn)證。電磁環(huán)境通過(guò)電磁輻射測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試。

電池測(cè)試先進(jìn)行快充協(xié)議的匹配讀取電池靜態(tài)狀態(tài)和靜態(tài)熱安全數(shù)據(jù)，然后開始充電，測(cè)試快充性能及動(dòng)態(tài)熱安全，經(jīng)短時(shí)充電估算電池包衰減性能。具備條件的進(jìn)行慢充充電測(cè)試，也可通過(guò)充電樁實(shí)現(xiàn)慢充檢查。

在充電槍連接狀態(tài)進(jìn)行連接裝置鎖止測(cè)試。然后進(jìn)入底盤測(cè)功機(jī)工位，進(jìn)行操控測(cè)試和電驅(qū)測(cè)試。完成電驅(qū)測(cè)試后針對(duì)具備通信協(xié)議的車輛進(jìn)行電裝檢查，檢查車輛狀態(tài)、指令操作和車輛故障碼。此外在用電動(dòng)汽車還應(yīng)進(jìn)行傳統(tǒng)汽車的檢測(cè)項(xiàng)目。

2.3 檢測(cè)項(xiàng)目及方案分析

2.3.1 部分測(cè)試項(xiàng)目要求部分測(cè)試項(xiàng)目要求如表1所示。

表1 測(cè)試項(xiàng)目及要求（部分）

電驅(qū)測(cè)試和電控測(cè)試的操作同時(shí)進(jìn)行。操控測(cè)試按照啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、擋位切換、加速、定速、減速、制動(dòng)優(yōu)先、制動(dòng)、反向行駛、駐車及附件操作順序進(jìn)行。在加速狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力高于規(guī)定加載力后，記錄10 s的車輛功率、扭力及車速，實(shí)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)力測(cè)試。加速狀態(tài)通過(guò)調(diào)整測(cè)功機(jī)模擬車輛爬坡性能。在定速狀態(tài)底盤測(cè)功機(jī)記錄車輛的車速，進(jìn)行車輛穩(wěn)定行駛能力測(cè)試。

電控測(cè)試由于協(xié)議的問題較難測(cè)試，主要由人工進(jìn)行。如具備協(xié)議，借鑒電動(dòng)汽車產(chǎn)線EOL測(cè)試，通過(guò)協(xié)議CAN數(shù)據(jù)比對(duì)判斷車輛狀態(tài)，包含車輛靜態(tài)狀態(tài)和指定執(zhí)行。

2.3.2 部分技術(shù)方案

目前電池包生產(chǎn)企業(yè)主要采用充放電設(shè)備對(duì)電池包進(jìn)行多次循環(huán)的全充全放，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包充放電、容量衰減、溫度等性能的全面檢測(cè)，試驗(yàn)持續(xù)數(shù)天。通過(guò)大量充放電試驗(yàn)和BMS開發(fā)技術(shù)得知，充放電累積電量與SOC變化為線性關(guān)系，只在SOC接近0及100%有波動(dòng)，其余階段線性度良好。因此可以采用短時(shí)充電的SOC變化和累積電量來(lái)估算電池包實(shí)際容量。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)不同SOC區(qū)域進(jìn)行5 min、10 min、15 min及20 min充電然后進(jìn)行估算，結(jié)果表明SOC處于20%～80%階段，充電時(shí)間15～20 min，估算效果較好。電池包容量測(cè)試用電流電壓測(cè)試裝置串聯(lián)在充電機(jī)和電動(dòng)汽車之間，測(cè)量記錄充電過(guò)程電流電壓,估算出電池容量，再根據(jù)銘牌容量計(jì)算出電池包衰減。對(duì)于電池包容量測(cè)試方案，聯(lián)合廠商進(jìn)行了設(shè)備試制，并對(duì)市面的在用電動(dòng)汽車做了大量測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明,該方案能夠滿足在用電動(dòng)汽車電池包容量檢測(cè)需求[4-9]。

電安全中絕緣檢測(cè)應(yīng)當(dāng)先測(cè)絕緣后上電。但車輛處于未上電狀態(tài)時(shí)，回路繼電器斷開，無(wú)法測(cè)試整車回路。因此由測(cè)試設(shè)備接管車輛回路電源，提供12 V或24 V供電，控制車輛回路上的繼電器閉合。目前已有部分測(cè)試設(shè)備企業(yè)參照此類方案進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部回路的安規(guī)測(cè)試。

3 評(píng)價(jià)體系

為實(shí)現(xiàn)在用電動(dòng)汽車全面、有效及科學(xué)的評(píng)估，從功能指標(biāo)、性能指標(biāo)和安全指標(biāo)構(gòu)建多維安全評(píng)估體系，得出綜合評(píng)估結(jié)果，如圖3所示。

圖3 在用電動(dòng)汽車評(píng)估體系

4 結(jié)論

通過(guò)了解電動(dòng)車輛生產(chǎn)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，梳理在用電動(dòng)汽車檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)政策和檢測(cè)技術(shù)，調(diào)研在用機(jī)動(dòng)車輛檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及流程，結(jié)合電動(dòng)汽車生產(chǎn)研發(fā)檢測(cè)技術(shù)，形成可行的在用電動(dòng)汽車檢測(cè)整體方案。包括檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)流程及評(píng)估體系，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)做了部分研究。

但本研究也尚存在一些不足，由于周期和技術(shù)問題，對(duì)電驅(qū)和電控的方案沒有做方案的試驗(yàn)驗(yàn)證，也沒有通過(guò)試制裝備對(duì)方案進(jìn)行深入的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)分析。由于形成的方案試驗(yàn)測(cè)試不足、試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足導(dǎo)致無(wú)法將技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，這些都需要在后續(xù)的工作中逐步完善。