淺談新能源汽車動力電池濕熱循環(huán)測試

賴人評，馮勇，秦立福

孚能科技（贛州）股份有限公司 江西贛州 341000

新能源汽車動力電池在長期的高溫高濕的環(huán)境下，容易絕緣失效，進而引發(fā)短路起火、電能輸出中斷等安全事故，從而危害到駕駛?cè)撕统丝偷纳踩霸斐韶敭a(chǎn)損失。為此GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中8.2.5條款要求進行濕熱循環(huán)測試。測試過程為5個高溫高濕循環(huán)，測試時間大約為25h。

我國氣侯類型多種多樣，季節(jié)差異和地區(qū)差異非常大，其中高溫高濕環(huán)境的地區(qū)很多，時間跨度也較長。比如西南地區(qū)的貴州省高溫高濕氣侯有時連續(xù)30天以上；東部地區(qū)的江浙滬等屬于亞熱帶季風氣候，夏季普遍炎熱多雨。目前，主流的新能源汽車廠動力電池普遍質(zhì)保8～10年。即每年動力電池都要經(jīng)歷一段較長時間的高溫高濕環(huán)境，所以國標要求中高溫高濕循環(huán)的測試時間遠不能完全覆蓋電池在我國高溫高濕環(huán)境地區(qū)的應用場景。

為了保證新能源汽車在駕、儲應用中的安全，準確獲得動力電池在高溫高濕環(huán)境下的耐久性能，對動力電池進行比國標要求更為嚴苛的高溫高濕耐久性測試是很有必要的，也是各新能源氣車廠的主要訴求。

測試方法

1.測試架構(gòu)圖與搭建原理

測試架構(gòu)示意如圖1所示。設置的測試裝置旨在模擬高溫高濕的電池應用環(huán)境，溫度、濕度可以在一定范圍內(nèi)任意設置，溫度最高為120℃、濕度最高為98%。充放電測試柜用于在高溫高濕環(huán)境的同時實施充放電測試工況。測試過程中可以通過線束采集電壓、電流、溫度、濕度及絕緣電阻等詳細試驗數(shù)據(jù)。

圖1 測試架構(gòu)示意

2.測試時長計算

盡管動力電池質(zhì)保時長是8～10年，但電池無法按照8～10年的自然時長進行測試，否則研發(fā)周期太長，無法適用市場經(jīng)濟規(guī)律，也無法及時回應百姓對新能源汽車高安全性的期盼。為此，引入試驗加速驗證公式，公式中綜合考慮了整車設計的使用壽命/年、（儲）停車應用場景時的溫度和濕度、電池長期浸潤下的環(huán)境最高溫度、最低溫度及最高濕度等，可以計算出加速驗證的測試時長，以模擬測試電池全生命周期的濕熱環(huán)境耐久性能。

3.測試步驟

測試步驟如圖2所示。試驗操作時，步驟四編輯測試工步時要結(jié)合測試溫度、測試時長合理設置循環(huán)次數(shù)，并植入可變量的運行方程式，以實現(xiàn)測試過程自動化和精準智能控制，消除人為作業(yè)的測試偏差，減少測試員勞動強度。

圖2 測試步驟

試驗驗證

試驗條件：某客戶整車動力電池設計的使用壽命131 400h，折合約15自然年；停車場溫度為23℃、濕度65%；電池長期使用下的最高溫度為52.5℃、最低溫度-20℃、最高濕度93%。

1. 計算測試總時長

按照測試架構(gòu)示意圖搭建測試裝置如圖3所示。把汽車動力電池使用時的最高溫度、最高濕度和停車場環(huán)境溫濕度、設計壽命等參數(shù)代入加速驗證公式，可以計算出測試總時長需要112.6天，見表1。

2.設置測試溫度、測試濕度

考慮到實際使用時最高溫度為52.5℃、最低溫度-20℃、最高濕度93%，評估后把測試溫度設置為52.5℃、濕度設置為93%，降溫階段設置為-20℃。

3.編輯測試工步

第一步，將測試裝置從常溫常濕狀態(tài)運行到溫度52.5℃、濕度93%。

第二步，在此環(huán)境下，電池存儲31天，期間充放電循環(huán)15次。

第三步，按照測試溫度52.5℃，降溫溫度-20℃、并在濕度93%環(huán)境下，以1天為單位，循環(huán)測試5天；再以測試溫度52.5℃，降溫溫度25℃、并在濕度93%環(huán)境下，以1天為單位，循環(huán)測試5天；期間實施充放電循環(huán)264次。

第四步，重復第二步內(nèi)容，在溫度52.5℃、濕度93%環(huán)境下，電池存儲31天，充放電循環(huán)15次。

第五步，重復第三步內(nèi)容，循環(huán)測試10天。

第六步，重復第二步內(nèi)容，在溫度52.5℃、濕度93%環(huán)境下，電池存儲31天，充放電循環(huán)15次。

試驗結(jié)束。

4.測試結(jié)果

部分測試工步的數(shù)據(jù)如圖4所示。

通過試驗案例得到以下結(jié)論：

1）測試全過程采集絕緣內(nèi)阻數(shù)據(jù)，評估電池絕緣有效。

2）通過引入加速驗證的方法，可以有效模擬電池全生命周期下的高溫高濕環(huán)境應用場景，實施例的濕熱循環(huán)項目可以滿足15年設計壽命要求。

37工步編制通過可變量的運行方程式，可以實現(xiàn)測試過程自動化和精準控制，消除人為作業(yè)的偏差，減少測試員勞動強度。

圖4 測試數(shù)據(jù)

結(jié)語

通過動力電池濕熱循環(huán)耐久測試，并引入加速驗證的方法，可以有效模擬新能源整車動力電池全生命周期下的高溫高濕環(huán)境應用場景，避免了因國標要求的測試時間不足而導致安全風險。