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(jìn)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?cái)產(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(jìn)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(fēng)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(biāo)要求中高溫高濕循環(huán)的測試時間遠(yuǎn)不能完全覆蓋電池在我國高溫高濕環(huán)境地區(qū)的應(yīng)用場景。

為了保證新能源汽車在駕、儲應(yīng)用中的安全，準(zhǔn)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(jìn)行比國標(biāo)要求更為嚴(yán)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(shè)置的測試裝置旨在模擬高溫高濕的電池應(yīng)用環(huán)境，溫度、濕度可以在一定范圍內(nèi)任意設(shè)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(shí)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(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 測試架構(gòu)示意

2.測試時長計(jì)算

盡管動力電池質(zhì)保時長是8～10年，但電池?zé)o法按照8～10年的自然時長進(jìn)行測試，否則研發(fā)周期太長，無法適用市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律，也無法及時回應(yīng)百姓對新能源汽車高安全性的期盼。為此，引入試驗(yàn)加速驗(yàn)證公式，公式中綜合考慮了整車設(shè)計(jì)的使用壽命/年、（儲）停車應(yīng)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(jì)算出加速驗(yàn)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(yàn)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(shè)置循環(huán)次數(shù)，并植入可變量的運(yùn)行方程式，以實(shí)現(xiàn)測試過程自動化和精準(zhǔn)智能控制，消除人為作業(yè)的測試偏差，減少測試員勞動強(qiáng)度。

圖2 測試步驟

試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)條件：某客戶整車動力電池設(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)壽命等參數(shù)代入加速驗(yàn)證公式，可以計(jì)算出測試總時長需要112.6天，見表1。

2.設(shè)置測試溫度、測試濕度

考慮到實(shí)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(shè)置為52.5℃、濕度設(shè)置為93%，降溫階段設(shè)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(yùn)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(shí)施充放電循環(huán)264次。

第四步，重復(fù)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(fù)第三步內(nèi)容，循環(huán)測試10天。

第六步，重復(fù)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yīng)用場景，實(shí)施例的濕熱循環(huán)項(xiàng)目可以滿足15年設(shè)計(jì)壽命要求。

37工步編制通過可變量的運(yùn)行方程式，可以實(shí)現(xiàn)測試過程自動化和精準(zhǔn)控制，消除人為作業(yè)的偏差，減少測試員勞動強(qiáng)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(yàn)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(yīng)用場景，避免了因國標(biāo)要求的測試時間不足而導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)。