CN103605078B - 混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力车用电池的性能测试方法，其包括：通过一数据采集系统等间隔采样混合动力车的实时车速及其电池的电流数据；分别绘制实时车速与电池的电流随时间的变化曲线；根据实时车速随时间的变化曲线选择实时车速为零占相应的采集时间比例较小的电流数据，绘制一电流概率密度函数图；根据所述电流概率密度函数图，筛选出具有“三峰图”特征的数据进行快速傅里叶变换，得到一快速傅里叶变换图；根据所述电流概率密度函数图中的峰值确定测试电流，以及根据所述快速傅里叶变换图中的峰值确定测试中充放电转换周期；以及根据所述测试电流以及充放电转换周期，设定混合动力车用动力电池的测试方案，并对混合动力车电池进行性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法。
背景技术
由于电池的引入，混合动力汽车具有节能、环保等优势。在混合动力汽车工作中，内燃机功率不足时，可由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电。使得作为主要能量源的内燃机或电池工作在最佳效率，从而达到节能效果，延长主要能量源的使用寿命。对于混合动力汽车使用的电池，需要进行特殊的测试，以保证所使用的电池性能能够满足混合动力汽车变载工况的要求，也为混合动力汽车电池管理系统提供设计算法的依据。
由于混合动力车用动力电池或电池组工作在复杂的变载工况下，承受着频繁的充放电，目前已有的混合动力车用动力电池的测试方案不能满足对于混合动力车用动力电池或电池组的测试要求。在PNGV电池测试标准中，HPPC(Hybrid Pulse Power
Characterization) 测试是混合动力车用动力电池或电池组的一种测试方案。尽管HPPC测试中规定有充放电转换的部分，但是由于充电和放电之间具有1个小时的静置时间，且充电和放电都只有一次，所以HPPC测试不能够很好地反应混合动力车载条件下电池组的瞬态充放电工况。HPPC测试主要用于测试电池容量和电池内阻，并不是专门用来测试混合动力车用动力电池或电池组的测试方案。日本的混合动力电池或电池组测试标准JEVS-D716包括了较为复杂的变载工况，该工况主要用于测试混合动力车用动力电池的耐久性，没有包括其他性能的测试。事实上，JEVS-D716测试变载工况较为复杂，既不利于实施测试，也不利于从数据中分析混合动力车用动力电池或电池组的除寿命变化之外的其他性能。IEC-62660则与JEVS-D716类似，只用于测试混合动力车用动力电池或电池组的耐久性。
然而，上述三种测试方法均比较复杂，无法实现对混合动力车在实际工作时，对其动力电池或电池组或电池组的性能进行简单全面的测试。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，该方法可以对复杂工况下的混合动力车用动力电池或电池组的性能进行简单全面的测试。
本发明提供一种混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其包括以下步骤：
通过一数据采集系统等间隔采样混合动力车的实时车速及其电池或电池组的电流数据；
分别绘制实时车速随时间的变化曲线以及电池或电池组的电流随时间的变化曲线；
根据实时车速随时间的变化曲线选择实时车速为零占相应的采集时间比例较小的电流数据，并绘制一电流概率密度函数(Probability Distribution
Function, 简称PDF)图；
根据所述电流概率密度函数图(PDF)，筛选出具有“三峰图”特征的数据进行快速傅里叶变换(FFT)，得到一快速傅里叶变换图；根据所述电流概率密度函数图（PDF）中的峰值确定测试电流，以及根据所述快速傅里叶变换图中的峰值确定测试中充放电转换周期；以及
根据所述测试电流以及充放电转换周期，设定混合动力车用动力电池或电池组的测试方案，并对混合动力车用动力电池或电池组进行性能测试。
本发明提供的的混合动力车用动力电池或电池组的测试方法通过首先对混合动力车用动力电池或电池组的实时运行工况进行数据分析，通过分析以获取混合动力车用动力电池或电池组组实际工作时的关键特征工况，例如，充电电流、怠速电流、放电电流以及充放电转换周期。从而提出合理有效的测试方案，可以在实验室中对于混合动力车用动力电池或电池组进行方便有效的性能测试。
附图说明
图1是本发明实施例简单工况下混合动力车用动力电池或电池组的实时车速随时间的变化曲线。
图2是本发明实施例简单工况下混合动力车用动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线。
图3是本发明实施例复杂工况下混合动力车用动力电池或电池组的实时车速随时间的变化曲线。
图4是本发明实施例复杂工况下混合动力车用动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线。
图5是本发明实施例简单工况下混合动力车用动力电池或电池组电流的概率密度函数图。
图6是本发明实施例复杂工况下混合动力车用动力电池或电池组电流的概率密度函数图。
图7是图6概率密度函数图的快速傅里叶变换(FFT)图。
图8是本发明实施例混合动力车用动力电池或电池组测试方法的基本测试循环。
图9是本发明实施例混合动力车用动力电池或电池组测试方法的完整测试方案。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其包括以下步骤：
S1：通过一数据采集系统等间隔采样混合动力车的实时车速及其动力电池或电池组的电流数据；
S2：分别绘制实时车速随时间的变化曲线以及动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线；
S3：根据实时车速随时间的变化曲线选择实时车速为零占相应的采集时间比例较小的电流数据，并绘制一电流概率密度函数(PDF)图；
S4：根据所述电流概率密度函数图(PDF)，筛选出具有“三峰图”特征的数据进行快速傅里叶变换(FFT)，得到一快速傅里叶变换图；
S5：根据所述电流概率密度函数图(PDF)中的峰值确定测试电流，以及根据所述快速傅里叶变换图中的峰值确定测试中充放电转换周期；以及
S6：根据所述测试电流以及充放电转换周期，设定混合动力车用动力电池或电池组的测试方案，并对混合动力车用动力电池或电池组进行性能测试。
步骤S1中，所述动力电池或电池组的种类不限，可以是现有技术中的任何电池或电池组。例如：燃料电池，太阳能电池，锂离子电池，镍氢电池等。所述电池组中电池的数量不限。本实施例中，包括8个燃料电池。
所述“等间隔采样”指的是采样点的时间间隔相等。所述采样点的时间间隔不限，只要能够保证采样点的数据量足够大，并且数据分析不失真即可。优选的，采样点的时间间隔为0.1秒到2秒，更优选的，采样点的时间间隔为0.1秒到1秒；优选的，采样点的数据量大于等于1×103，更优选的，采样点的数据量为1×103到1×106。上述采样点的时间间隔及数据量更有利于真实地反应混合动力车用动力电池或电池组的运行工况。本实施例中，所述数据采样时间间隔为0.1秒，采样点的数据量为36000。
步骤S2中，根据步骤S1中等间隔采样得到的实时车速与动力电池或电池组电流的离散数据分别绘制实时车速随时间的变化曲线以及动力电池或电池组电流随时间的变化曲线。请参阅图1到4，图1和2为实时车速为零占相应的采集时间比例较大的实时车速及动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线，即简单工况中的实时车速及动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线；图3和4为实时车速为零占相应的采集时间比例较小时实时车速及动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线，即，复杂工况中的实时车速及动力电池或电池组的电流随时间的变化曲线。
步骤S3中，请参阅图5，由于对图2中实时车速为零占相应的采集时间比例较大的动力电池或电池组的电流数据进行电流概率密度函数法分析，只能得到以怠速或停车工况为主的“单峰图”。由于该“单峰图”不包括充电峰，及放电峰，所以图5中的“单峰图”具有较少的进一步分析工况特征的价值。故，一般只对车速为零占相应的采集时间比例较小的动力电池或电池组的电流数据进行概率密度函数(PDF)图的绘制。优选的，所述实时车速为零占相应的采集时间的比例范围为大于0小于等于1/4，更有利于得到特征明显的“三峰图”。如果根据实际情况需要对于车速为零占实车工况比例较大的情况进行分析时，应当截取车速不恒为零的数据段进行概率密度函数(PDF)图的绘制。所述概率密度函数(PDF)图的具体绘制方法可以包括：S31：选取步骤S2中实时车速随时间变化曲线中实时车速为零占相应的采集时间比例较小的数据段，并对此数据段对应的动力电池或电池组电流的离散采样结果，绘制电流的概率密度直方图；以及S32：对所述电流的概率密度直方图做曲线平滑处理，得到所述电流的概率密度函数(PDF)图。所述电流的概率密度函数图更加直观，并有利于研究人员通过分析曲线的变化趋势，研究电池寿命衰减情况。
步骤S4中，所述“三峰图”的三个峰分别指充电过程对应的峰（充电峰），放电过程对应的峰（放电峰）以及怠速过程对应的峰（怠速峰），可以理解，“三峰图”中峰的数量也可以是三个以上，只要能够保证“三峰图”中至少包括一个充电峰，一个放电峰和一个怠速峰即可。请参阅图6，对图4中实时车速为零占相应的采集时间比例较小的电流数据进行概率密度函数法分析能够得到充放电峰值特性明显的“三峰图”。从图6中可以看出，所述电池或电池组的电流概率密度函数图在-150A、0A和125A附近有三个明显的峰值，即该混合动力车的电池或电池组的充电峰、怠速峰、放电峰分别为-150A、0A和125A。
请参阅图7，图7为本发明实施例中对筛选出具有“三峰图”特征的数据，进行快速傅里叶变换(FFT)分析得到的快速傅里叶变换图。根据傅里叶变换图可以得到测试中充放电转换周期。
步骤S5中，由于不同数据段可以得到多个不同的“三峰图”，该多个不同“三峰图”得到的测试电流的大小也不同，所以由概率密度函数(PDF)图确定的测试电流大小是一个范围，实际使用时本领域的技术人员需要在获取的范围之内，选取合理的数值作为对于混合动力车用动力电池或电池组测试的电流。优选的，所述合理的数值为选取所述范围的中间值作为对于混合动力车用动力电池或电池组测试的电流。本实施例中，通过分析多个数据段“三峰图”中峰值电流的大小，并通过数理统计可以得到，电流峰的取值范围为，充电峰（-50~-150）A，怠速峰（-50~0）A，放电峰（50~150）A。由于本发明实施例中动力电池组的容量约为100A∙h，故，折算测试电流的取值范围为，充电峰（-0.5~-1.5）C，怠速峰（-0.5~0）C，放电峰（0.5~1.5）C。选取中间数值作为测试电流，本实施例选择测试电流大小为充电电流-1.0C，怠速电流-0.25C，放电电流1C。
由于对筛选出的多个不同的“三峰图”均进行快速傅里叶(FFT)变换，所以由快速傅里叶(FFT)变换图获得的充放电转换周期也是一个范围，实际使用时本领域的技术人员需要在获取的范围之内，选取合理的数值作为对于混合动力车用动力电池或电池组测试的充放电转换周期。本实施例中，通过分析多个快速傅里叶变换(FFT)的结果，并通过数理统计得出该混合动力车用电池组充放电转换周期的范围为（50-150）s。所述充放电转换周期T可以根据所述采样频率Fs、采样点数N以及快速傅里叶(FFT)变换图最大的峰值对应横坐标值X确定。其满足公式T=N/(Fs∙X)。请参阅图7，图7为一个“三峰图”的快速傅里叶变换图，其中，采样频率Fs=10Hz，采样点数N=36000，对应的转换系数为a=N/Fs=36000/10=3600。最大的峰值对应横坐标值为X=64Hz，对应的充放电转换频率值f=X/a=64/3600=64/3600=0.0178Hz，对应的充放电转换周期为T=1/f=56.25s。本实施例中，为了测试方便选取充放电转换周期为60s。
步骤S6中，根据步骤S5中已经确定的测试电流大小：充电电流为-1.0C，怠速电流为-0.25C，放电电流为1.0C，以及充放电转换周期60s，据此给出一个混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方案。请参阅图8，一个基本测试循环过程包括前期的充分静置，怠速过程模拟，充放电频繁转换，怠速过程模拟和再次静置。可以理解，每个基本测试循环过程可以根据实际需要包括多个充放电过程。一个完整的测试方案可以包括多个所述基本测试循环过程，其中，相邻的两个基本测试循环之间包括充分的静置时间。优选的，相邻的基本测试循环之间的静置时间为（1-3）h。请参阅图9，在基本测试循环开始之前，应对动力电池或电池组进行合理的荷电状态(State of Charge/SOC)调整，具体地，在测试前，使动力电池或电池组充分充电，然后将每一个电池放电至相同的SOC，在此期间电池管理系统会履行电池的校准/标定，使动力电池或电池组作好测试前的准备。
进一步地，根据该性能测试方案对动力电池或电池组进行性能测试，记录测试过程中的动力电池或电池组的电压、电流等信息，进而可以分析动力电池或电池组耐久性、一致性等的变化趋势，并为混合动力车用动力电池或电池组的电池管理算法提供依据。
相较于现有技术，本发明实施例提供的混合动力车用电池或电池组的性能测试方法，基于实际车载工况，并对于实际车载工况进行了合理简化，保留了车载工况的关键特征，例如，充电电流、怠速电流、放电电流以及充放电转换周期。可以在实验室中对于车用混合动力电池进行方便有效的性能测试。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其包括以下步骤：
通过一数据采集系统等间隔采样混合动力车的实时车速及其电池或电池组的电流数据；
分别绘制实时车速随时间的变化曲线以及电池或电池组的电流随时间的变化曲线；
根据实时车速随时间的变化曲线选择实时车速为零的时间占相应的采集时间比例较小的电流数据，并绘制一电流概率密度函数图；
根据所述电流概率密度函数图，筛选出至少包括一个充电峰，一个放电峰和一个怠速峰的数据进行快速傅里叶变换，得到一快速傅里叶变换图；
根据所述电流概率密度函数图中的峰值确定测试电流，以及根据所述快速傅里叶变换图中的峰值确定测试中充放电转换周期；以及
根据所述测试电流以及充放电转换周期，设定混合动力车用动力电池或电池组的测试方案，并对混合动力车用动力电池或电池组进行性能测试。
2.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述等间隔采样的间隔时间为0.1秒到2秒。
3.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述等间隔采样的采样点的数据量为1×103到1×106。
4.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述实时车速为零的时间占相应的采集时间的比例范围为大于0小于等于1/4。
5.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述电流的概率密度函数图的绘制进一步包括，选取所述实时车速随时间变化曲线中实时车速为零的时间占相应的采集时间比例较小的数据段，并根据该数据段对应的动力电池或电池组电流的离散采样结果，绘制电流的概率密度直方图；以及对所述电流的概率密度直方图做曲线平滑处理，得到所述电流的概率密度函数图。
6.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述根据电流概率密度函数图中的峰值确定的测试电流为一范围，选取所述范围的中间值作为对于混合动力车用动力电池或电池组测试的电流。
7.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述根据快速傅里叶变换图中的峰值确定测试中充放电转换周期中，所述充放电转换周期T可以根据采样频率Fs、采样点数N以及快速傅里叶变换图最大的峰值对应横坐标值X确定，其满足公式T＝N/(Fs·X)。
8.如权利要求1所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述测试方案包括至少一个基本测试循环过程，所述基本测试循环过程包括至少一个充放电过程。
9.如权利要求8所述的混合动力车用动力电池或电池组的性能测试方法，其特征在于，所述基本测试循环过程包括前期的充分静置，怠速过程模拟，充放电频繁转换，怠速过程模拟和再次静置。
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