一种电动汽车动力电池加速循环寿命测试方法与流程

本发明属于电动汽车动力电池测试技术领域的一种电池寿命测试方法，尤其是涉及了一种电动汽车动力电池加速循环寿命测试方法。

背景技术：

电动汽车是二十世纪初就已经出现，当时凭借着环保、静音、简单等诸多优点得到当时人们的短暂期待，但是在当时落后的电池研究技术下沉寂。现阶段，由于能源的短缺和电池技术的进一步发展，世界各国开始重新加大对纯电动汽车的研发，其中重中之重就在电池，然而直到目前电动汽车依旧普遍存在续航里程短、充电慢、动力电池老化等问题，制约着纯电动汽车的发展，而这几大问题均与动力电池息息相关。解决这些问题的前提需要对电池在纯电动车行驶工况下全面性能的了解，然而由于在纯电动车实际运行条件下对电池进行寿命测试所耗费的时间、金钱过于巨大，因此无法使用该方法快速准确检测出动力电池的寿命数据。

对动力电池的检测测试作为动力电池开发过程的重要一环，其重要性不言而喻。动力电池的测试已经引起了众多专家学者广泛的研究，而如何快速准确的贴近实际工况实现对动力电池的检测则依旧是研究的问题所在。

目前已有的电动汽车电池加速寿命测试装置和方法只是对动力电池静态寿命的测试，即将动力电池与电动汽车实际运行工况脱离，然而这些测试尽管能够测试出电池寿命，却难以准确把握电动汽车真实环境下的电池寿命情况，而且用真正的电动汽车去测试动力电池寿命耗费时间物力财力，此种方法也不适合实际情况。现有技术方法中缺少了一种既能快速又能准确试验获得电池循环寿命的测试途径。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种电动汽车动力电池加速循环寿命测试方法，在传统方法的基础上将电池寿命测试与实际电动汽车电机相结合，弥补了单一的对电池进行循环寿命测试的弊端，从而使测试方法更加的贴近实际工况，提出了具体的测试方法，为动力电池循环寿命预测提供方法依据。

本发明提供的技术方案是：

一、一种电动汽车动力电池加速循环寿命测试装置，包括：

用于作为被测对象的电动汽车动力电池模块；

用于为电动汽车动力电池模块提供恒温恒湿环境的恒温恒湿箱，电动汽车动力电池模块置于恒温恒湿箱内；

用于连接电动汽车动力电池模块并直接控制电池充放电和收集电池数据的充放电设备；

用于连接电动汽车动力电池模块并提供模拟电动汽车速度工况的负载电机测试平台模块；

用于连接充放电设备和负载电机测试平台模块，接收充放电设备和负载电机测试平台模块的数据以及控制充放电设备和负载电机测试平台模块工作运行的电脑控制系统。

所述的负载电机测试平台模块包括支撑平台以及置于支撑平台上的驱动电机、减速机、扭矩及转速传感器、同步带机构和负载电机；电动汽车动力电池模块和驱动电机电连接，驱动电机的输出轴经减速机和扭矩及转速传感器的一端连接，扭矩及转速传感器另一端经同步带机构和负载电机的输出轴连接。

所述的充放电设备和负载电机测试平台模块分别采集充放电数据和负载数据并发送到电脑控制系统，充放电数据和负载数据包括电池实时电压、电流、容量、循环充放电次数、充电截止电压、放电截止电源、截止容量、充电倍率、电机扭矩、电机转速等参数的数据。

所述的驱动电机采用直流伺服减速电机。

二、一种电动汽车动力电池加速循环寿命测试方法：方法包括以下步骤：

第一步：设定在标准测试下的标准测试转速，设定在加速测试下的循环测试转速，循环测试转速大于标准测试转速；

第二步：测量电动汽车动力电池模块的电池的容量，通过预先充放电使得电动汽车动力电池模块的电池的容量为标准额定容量；

第三步：启动电脑控制系统、充放电设备、恒温恒湿箱和负载电机测试平台模块，设定恒温恒湿箱的温度和湿度，设置充放电设备的充电截止电压，放电截止电压，充电倍率，设定负载电机转矩，设定截止电池容量；

第四步：控制驱动电机和负载电机以循环测试转速的恒定速度运转，开始放电测试，放电结束使用充放电设备进行恒流恒压充电，完成一次循环充放电，循环充放电过程中实时采集充放电数据和负载数据；

第五步：不断重复第四步进行循环充放电，每两次循环充放电之间间隔五到十分钟，每次循环充放电后通过充放电设备检测电池容量，判断已经进行的循环充放电次数是否达到二十次的倍数：

若达到二十次的倍数，取出电池在常温下放置12小时，再通过充放电设备进行电池容量测试，计算容量变化，判断电池的容量是否达到截止电池容量：

若到达到，则停止实验；

若未达到，则继续第四步循环进行实验。

再继续第四步循环进行实验；

若未达到二十次的倍数，则直接继续进行实验；

第六步：当电池容量到达截止容量时，停止测试，关闭负载电机测试平台模块再关闭电脑控制系统、充放电设备、恒温恒湿箱的其余装置。

第七步：建立电池加速测试模型以及寿命和转速特征关系，对加速测试下采集获得的充放电数据和负载数据进行处理，获得电池寿命测试结果，作为等效于标准测试下进行测试的电池寿命测试结果。

方法中，建立电池加速测试模型公式如下，根据电池加速测试模型对加速测试下采集获得的充放电循环次数数据和测试转速进行输入处理获得电池加速测试模型：

ξ＝av^-c

其中，ξ为寿命结果，a为第一系数，c为第二系数，a与c为正常数，预先利用加速循环测试下得到的数据拟合得出，v为电机的测试转速大小；

对于待测电池进行加速测试的循环测试转速下的测试结果，根据寿命和转速特征关系，并将代入获得标准测试转速下的寿命结果：

其中，ξ1为标准测试转速下的寿命结果，ξ2为高转速下获得的寿命结果，v1为标准测试下的标准测试转速，v2为加速测试下的测试转速。

本发明提供了既能够准确加速测试出动力电池的寿命，又能和实际电动汽车运行情况相结合的装置和方法。

本发明是根据负载电机测试平台模块进行测试实施，并建立了电池加速测试模型，以及建立了加速测试和标准测试之间的寿命和转速特征关系，进而实现了加速测试能同样获得为等于标准测试结果的准确结果。

由于标准测试的时间非常长，本发明方法和装置进行测试能大大缩短测试时间，并能同样准确获得与标准测试一致的寿命实验测试结果，节约了时间成本和经济成本且最大限度的贴近真实的电动汽车行驶工况，因此本发明的实用性较强。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明在现在已有技术的基础上，将电动汽车动力电池加速循环寿命测试与实际电动汽车运行工况结合，解决了现有技术单一的对电池进行加速循环寿命测试而不考虑电动汽车实际运行工况的问题。

本发明装置和方法最主要的创新点是对于动力电池加速循环寿命测试环境的改变和测试方法的处理，电池电机联合的动力电池加速循环寿命测试方式，通过增大电机转速作为加速应力条件以加快动力电池电能消耗的加速试验，并建立特征关系利用加速试验获得准确的电池循环寿命测试结果。

同时本发明将循环充放电次数作为衡量电池寿命长短的标准，同时也可以得到测试过程的电池电压电流容量变化情况，为动力锂电池性能分析提供数据依据。

综合上述，本发明弥补了传统的电动汽车电池加速循环测试装置和方法的不足，能够完成对电动汽车实际转速工况下的动力电池寿命的准确又快速的测量。

附图说明

图1为本发明测试装置的整体结构图；

图2为本发明电动汽车行驶状态受力分析图；

图3为本发明测试方法的流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明进一步详细说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

具体如图1所示，包括：

用于作为被测对象的电动汽车动力电池模块；电动汽车动力电池模块实际即为电池。

用于为电动汽车动力电池模块提供恒温恒湿环境的恒温恒湿箱，电动汽车动力电池模块置于恒温恒湿箱内；

用于连接电动汽车动力电池模块并直接控制电池充放电和收集电池数据的充放电设备；

用于连接电动汽车动力电池模块并提供模拟电动汽车速度工况的负载电机测试平台模块；

用于连接充放电设备和负载电机测试平台模块，接收充放电设备和负载电机测试平台模块的数据以及控制充放电设备和负载电机测试平台模块工作运行的电脑控制系统。

负载电机测试平台模块包括支撑平台以及置于支撑平台上的驱动电机、减速机、扭矩及转速传感器、同步带机构和负载电机；电动汽车动力电池模块和驱动电机电连接，驱动电机的输出轴经减速机和扭矩及转速传感器的一端连接，扭矩及转速传感器另一端经同步带机构和负载电机的输出轴连接。驱动电机采用直流伺服减速电机。

充放电设备和负载电机测试平台模块分别采集充放电数据和负载数据并发送到电脑控制系统，充放电数据和负载数据包括电池实时电压、电流、容量、循环充放电次数、充电截止电压、放电截止电源、截止容量、充电倍率、电机扭矩、电机转速等参数的数据。

电脑控制系统，电脑控制系统位于恒温恒湿室外并电连接于充放电设备和负载电机测试平台，以控制负载电机测试平台按照所设定的匀速低负载驱动和启动、加速、爬坡等高负载驱动并进行循环测试和实时收集来自于负载电机测试平台中扭矩及转速传感器数据，负载电机测试平台通过电脑控制系统设定模拟电动汽车行驶状态，控制充放电设备对电动汽车动力锂电池模块进行充电和电池信息采集。

进一步，充放电设备连接于电动汽车动力电池模块，以对电动汽车动力电池进行充电，并且充放电设备通过电压采集线、电流采集线和温度采集线连接于电动汽车动力锂电池模块，以采集电动汽车动力电池的电压、电流和温度信息。

进一步，电池信息包括电动汽车动力电池模块的电压、电流、容量、温度、循环充放电次数信息。

进一步，电脑控制系统通过数据线连接于充放电设备和负载电机测试平台，以通过数据线获取电动汽车动力电池模块信息和扭矩及转速传感器数据。

进一步，电脑控制系统通过数据线连接于充放电设备和负载电机测试平台，以控制充放电设备对电动汽车动力电池模块按照既定方法充电，以控制负载测试平台中的驱动电机模块按既定方法驱动减速机，以控制负载测试平台中的负载电机模块按照既定方法转动。

负载电机测试平台模块采用直流伺服减速电机来模拟电动汽车行驶过程中的牵引动力，控制模式为速度控制，负载电机模拟综合负载阻力。

控制模式为扭矩控制，平台通过改变牵引电机的不同模拟速度及对应的负载电机扭矩值，来实现电动汽车行驶过程的工况模拟。

本发明具体实施中建立电动汽车的牵引动力、综合阻力及负载电机输出的扭矩的第一系列公式、第二系列公式，只考虑电动汽车匀速行驶状态。

确定电动汽车的牵引动力、综合阻力及负载电机输出的扭矩的第一系列公式、第二系列公式进行说明。如图2所示电动汽车行驶状态受力分析。这里只考虑电动汽车匀速行驶状态。

令行驶过程牵引动力为ft，综合阻力为fr，滚动摩擦阻力为ff，坡道阻力为fi，空气阻力为fw。

匀速行驶下第一系列公式为：ft＝fr(匀速)

匀速行驶下第二系列公式为：

其中上述式中，

m为汽车的整车质量，α为坡度，fr为滚动阻力系数，cd为风阻系数，a为汽车迎风面积，g为重力加速度，ρ为空气密度。

有上述式可计算得到匀速行驶下汽车的驱动牵引动力和总和阻力。

行驶过程牵引动力为ft，综合阻力为fr，滚动摩擦阻力为ff，坡道阻力为fi，如图3所示电动汽车行驶状态，采集标准测试转速下和循环测试转速下的充放电数据和负载数据，并对通过加速循环测试得到的数据对电池加速测试模型的参数进行辨识，分别得到标准测试转速下和循环测试转速下的动力电池寿命特征，建立了寿命和转速特征关系，进而根据任何电机高转速下的加速循环寿命测试结果经寿命特征关系获得真实标准测试转速工况下准确的电池寿命。

本发明的实施例及其实施过程具体包括以下步骤：

方法前确定所要模拟的电动汽车参数和行驶工况，电动汽车参数包括：整车整备质量、轮胎滚动半径，外形尺寸参数，行驶工况采用匀速行驶。

第一步：设定在标准测试下的标准测试转速，设定在加速测试下的循环测试转速，循环测试转速大于标准测试转速；标准测试转速和循环测试转速均为施加到驱动电机和负载电机的转速。

第二步：测量电动汽车动力电池模块的电池的容量，通过预先充放电使得电动汽车动力电池模块的电池的容量为标准额定容量；

第三步：启动电脑控制系统、充放电设备、恒温恒湿箱和负载电机测试平台模块，设定恒温恒湿箱的温度和湿度，设置充放电设备的充电截止电压，放电截止电压，充电倍率，设定负载电机转矩，设定截止电池容量；

第四步：控制驱动电机和负载电机以循环测试转速的恒定速度运转，开始放电测试，放电结束使用充放电设备进行恒流恒压充电，完成一次循环充放电，循环充放电过程中通过充放电设备和负载电机测试平台模块实时采集充放电数据和负载数据；

第五步：不断重复第四步进行循环充放电，每两次循环充放电之间间隔五到十分钟，每次循环充放电后通过充放电设备检测电池容量，判断已经进行的循环充放电次数是否达到二十次的倍数：

若达到二十次的倍数，取出电池在常温下放置12小时，再通过充放电设备进行电池容量测试，计算容量变化，判断电池的容量是否达到截止电池容量，截止电池容量一般设置为原始满电电池容量的80％：

若到达到，则停止实验；

若未达到，则继续第四步循环进行实验。

再继续第四步循环进行实验；

若未达到二十次的倍数，则直接继续进行实验；

第六步：当电池容量到达截止容量时，停止测试，关闭负载电机测试平台模块再关闭电脑控制系统、充放电设备、恒温恒湿箱的其余装置。

第七步：建立电池加速测试模型以及寿命和转速特征关系，对加速测试下采集获得的充放电数据和负载数据进行处理，获得电池寿命测试结果，作为等效于标准测试下进行测试的电池寿命测试结果，可以作为真实标准工况下的电池寿命。

标准测试下，控制驱动电机和负载电机应以标准测试转速运转。

方法中，建立电池加速测试模型公式如下，根据电池加速测试模型对加速测试下采集获得的充放电循环次数数据和测试转速进行输入处理获得电池加速测试模型：

ξ＝av^-c

其中，ξ为寿命结果，具体可以指循环次数，a为第一系数，c为第二系数，a与c为正常数，预先利用加速循环测试下得到的数据拟合得出，v为电机的测试转速大小；

具体实施中，电池寿命以从电池标准初始容量到截止容量过程间的充放电循环次数表示。

对于待测电池进行加速测试的循环测试转速下的测试结果，根据寿命和转速特征关系，并将代入获得标准测试转速下的寿命结果：

其中，ξ1为标准测试转速下的寿命结果，ξ2为高转速下获得的寿命结果，v1为标准测试下的标准测试转速，v2为加速测试下的测试转速。

以上述依据本发明的理想实例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。