CN108146260A - 整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其过程如下：1、测试电机电控系统在额定扭矩和峰值扭矩下的制动回馈能量；2、根据与该电机电控系统匹配的电池系统的指标参数，确定制动回馈能量对应的制动回馈电流；3、根据不同强度的制动回馈电流，结合电动汽车车辆运行工况，制定锂离子动力电池循环试验工况；4、依据试验工况，对锂离子动力电池开展使用寿命测试，并定期测定试验样品的使用寿命表征参数；5、对锂离子动力电池使用寿命测试结果进行分析，分析不同强度的制动回馈电流对锂离子动力电池使用寿命的影响。依据本发明进行测试，可以提供整车制动回馈策略的数据依据，提高电动汽车整车动力系统匹配性能。

Description

整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法
技术领域
本发明属于锂离子动力电池使用寿命测试领域，尤其是涉及一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法。
背景技术
新能源汽车进入快速发展的阶段，但是受到充电时间、电池寿命和续驶里程的制约未得到大范围推广应用。在整车实际使用过程中，制动回馈时电池系统收集可用能量是延长整车续驶里程的重要手段。但实际情况是由于电机控制器技术不成熟，以及整车控制策略不当，会导致整车制动过程中的回馈电流过大，超出电池系统的可承受范围，对电池造成不可逆的损害，导致电池性能的下降和寿命的缩减，影响整车的性能和使用寿命。因此，有必要以电机制动回馈测试为基础，制定相应的测试工况，并研究制动回馈电流对锂电池的寿命的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种整车制动回馈电流对锂离子动力电池使用寿命影响的测试方法，本测试方法主要是面向电动汽车整车集成开发验证，通过电机电控测试结果，制定具体测试工况，并通过短时间的电池试验，验证整车动力系统匹配性能，可以极大的提高电动汽车动力系统匹配测试的全面性，并且为整车制动回馈控制策略提供依据和数据支撑。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其过程如下：
1、测试电机电控系统在额定扭矩和峰值扭矩下的制动回馈能量；
2、根据与该电机电控系统匹配的电池系统的指标参数，确定制动回馈能量对应的制动回馈电流；
3、根据不同强度的制动回馈电流，结合电动汽车车辆运行工况，制定“锂离子动力电池循环试验工况”；
4、依据“锂离子动力电池循环试验工况”，对锂离子动力电池开展使用寿命测试，并定期测定试验样品的使用寿命表征参数；
5、对锂离子动力电池使用寿命测试结果进行分析，综合寿命衰减规律和制动回馈电流强度，分析不同强度的制动回馈电流对锂离子动力电池使用寿命的影响。
进一步的，在步骤四中对锂离子动力电池开展使用寿命测试的过程如下：
步骤1：依据“锂离子动力电池循环试验工况”开展使用寿命循环试验；
步骤2：定期进行特性参数测试，测定锂离子动力电池的恒流放电容量、恒功率放电容量、放电直流内阻等；
步骤3：重复上述步骤1和步骤2，直至寿命表征参数达到电池使用寿命终止条件。
进一步的，所述寿命表征参数包括容量、内阻、功率等。
进一步的，在步骤五中，需要采集样品的放电容量参数，并对样品的放电容量保持率进行线性拟合，得出各样品的容量保持率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，验证回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
进一步的，在步骤五中，需要采集样品的放电能量参数，并对样品的放电能量衰减率进行拟合，得出各样品的能量衰减率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，验证回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
进一步的，在步骤三中，主要分为以下强度的制动回馈电流：50％、100％、150％、200％。
进一步的，所述使用寿命表征参数包括放电容量、放电能量、直流内阻等。
进一步的，所述电池系统的指标参数包括动力电池的充放电容量和能量、放电直流内阻等。
进一步的，所述动力电池的充放电容量和能量、放电直流内阻的具体测试方法如下：
(1)充放电容量和能量：以1/2C倍率测定电池的充放电容量和能量；
(2)放电直流内阻：以1/2C倍率调整电池SOC(荷电状态)至80％、50％、20％，然后以5C脉冲放电10秒。
相对于现有技术，本发明所述的测试方法具有以下优势：本发明可以测试验证制动回馈电流强度对与其配套的锂离子动力电池的使用寿命的影响；依据本发明进行测试，可以提供整车制动回馈策略的数据依据，提高电动汽车整车动力系统匹配性能，降低因制动回馈策略不当对电动汽车用锂离子动力电池系统的使用寿命的影响。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明回馈电流对电池寿命影响试验流程图。
图2为本发明实施例中不同回馈强度的NEDC工况示意图。
图3为本发明实施例中放电直流内阻测试脉冲示意图。
图4为本发明实施例中样品放电容量保持率曲线示意图。
图5为本发明实施例中样品放电容量衰减率拟合曲线示意图。
图6为本发明实施例中样品放电能量保持率曲线示意图。
图7为本发明实施例中样品放电能量衰减率拟合曲线示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，包括电机电控系统制动回馈测试、试验工况制定、锂离子电池使用寿命测试等部分。其过程如下：
1、测试电机电控系统在额定扭矩和峰值扭矩下的制动回馈能量。
2、根据与该电机电控系统匹配的电池系统的指标参数，确定制动回馈能量对应的制动回馈电流；
电池系统的指标参数包括动力电池的充放电容量和能量、放电直流内阻等。它们的具体测试方法如下：
(1)充放电容量和能量：以1/2C倍率测定电池的充放电容量和能量；
(2)放电直流内阻：以1/2C倍率调整电池SOC(荷电状态)至80％、50％、20％，然后以5C脉冲放电10秒。
3、根据制动回馈电流，结合电动汽车车辆运行工况，制定“锂离子动力电池循环试验工况”，主要分为四个不同强度的制动回馈电流：50％、100％、150％、200％。
4、依据“锂离子动力电池循环试验工况”，对锂离子动力电池开展使用寿命测试，并定期测定试验样品的使用寿命表征参数，包括放电容量、放电能量、直流内阻等。
对锂离子动力电池开展使用寿命测试的过程如下：
步骤1：依据“锂离子动力电池循环试验工况”开展使用寿命循环试验；
步骤2：定期进行特性参数测试，测定锂离子动力电池的恒流放电容量、恒功率放电容量、放电直流内阻等；
步骤3：重复上述步骤1和步骤2，直至锂离子动力电池的容量、内阻、功率等寿命表征参数达到电池使用寿命终止条件。
5、对锂离子动力电池使用寿命测试结果进行分析，综合寿命衰减规律和制动回馈电流强度，分析不同强度的制动回馈电流对锂离子动力电池使用寿命的影响。
采集样品的放电容量参数，并对样品的放电容量保持率进行线性拟合，得出各样品的容量保持率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，采集样品的放电能量参数，并对样品的放电能量衰减率进行拟合，得出各样品的能量衰减率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，验证回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
以上测试方法，应不仅限于锂离子动力电池，还可应用于其他体系的用于电动汽车上的动力电池，且同样属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例说明本测试方法。
以NEDC为基础测试工况，保持工况中放电电流不变，对充电策略进行修改，制定不同充电电流强度的NEDC测试工况。然后以磷酸铁锂动力电池为研究对象，进行NEDC工况循环测试，并定期对动力电池的特性参数进行标定，验证不同回馈电流对动力电池使用寿命的影响。
本次试验研究的对象为磷酸铁锂体系车用锂离子动力电池，具体信息如表3。
一、电机电控测试及分析
整车制动回馈的电流来自于电机电控系统，因此研究回馈电流的强度需要对相应的电机电控系统进行测试。现对6款电机系统进行了制动回馈测试，测试结果如表1所示。
在对电机电控系统进行制动回馈测试时，得出如下结论：
(1)在额定功率下，电机系统的回馈效率约为90％；
(2)在峰值功率下，电机系统的回馈效率约为80％。
根据以上结论，并结合动力系统匹配的参数信息，确定在整车制动时回馈电流与配套电池系统的关系，如表2所示。
从表2中可以看出，在额定功率下发生制动时，回馈电流的强度约为0.9C；在峰值功率下发生制动时，不同样品有一定的差异，主要与电机系统的有关。考虑到整车实际使用情况，现将峰值回馈电流强度进行简化，统一为1.5C。
结合不同的整车控制策略，将回馈电流强度设定为三种不同倍率——0.5C、1C、1.5C，并以此为基础修改NEDC试验工况，进行不同回馈强度的测试。修改后的NEDC工况如图2所示。
二、动力电池测试
本次采用的试验方案包括两个部分：NEDC工况循环试验和特性参数标定试验。具体试验流程如图1所示。
本试验中的指标参数主要包括动力电池的充放电容量和能量以及放电直流内阻等。具体测试方法如下：
(1)充放电容量和能量：以1/2C倍率测定电池的充放电容量和能量；
(2)放电直流内阻：以1/2C倍率调整电池SOC(荷电状态)至80％、50％、20％，然后以5C脉冲放电10秒。试验脉冲如图3所示。
本次试验中记录t0和t1时刻的电压值和电流值，根据公式计算放电直流内阻。
式中，Rdch为直流放电内阻，ΔVdch为脉冲放电过程中的电压差，ΔIdch为脉冲放电过程中电流差，Vt0、Vt1分别为t0、t1时刻动力电池电压值，It0、It1分别为t0、t1时刻脉冲电流值。
三、试验与分析
在对试验样品进行NEDC工况循环过程中，每隔14天对试验样品进行特性参数标定试验，具体参数包括放电容量、放电能量、容量恒流-恒压比、直流内阻等。
1、放电容量
试验样品放电容量的测试结果汇总如表4所示。从上表4中可以发现，各样品的放电容量均呈现明显的衰减趋势，而且不同强度的NEDC工况循环下，容量的保持率有一定的差异，如图4所示。
从图4中可以看出，所有样品的放电容量均呈现衰减趋势，而且线性趋势明显。图中对不同强度的NEDC工况循环的样品进行了区分。从各样品的衰减趋势可以看出，随着回馈电流的增大，电池容量的衰减速率明显增大。在150％回馈强度的情况下，9#电池表现出较大幅度的衰减。
本试验对各样品的容量保持率进行了线性拟合，具体结果如图4中虚线所示。从拟合结果可以看出，各样品的容量保持率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，其中各样品的拟合参数如表5所示。
从表5中可以看出，各条拟合曲线的R值均较高，说明拟合度较好。同时可以看出，不同回馈电流强度的工况中，对应的b值也不同。电流强度越大，参数b的绝对值越大，说明样品容量的衰减率越高。
对不同回馈电流强度下的放电容量衰减率进行分析，发现衰减率同样呈现较高线性，如图5所示。对图5所示衰减率进行拟合，符合y＝a+bx的线性增长规律，具体拟合结果如表6所示。
从较高的R2看出，拟合度很高，说明随着回馈电流强度的增加，样品容量保持率衰减的趋势呈线性增强。
2、放电能量
试验样品的放电能量的测试结果汇总如表7所示。对表7中的测试结果进行分析，各样品均有一定程度的衰减幅度不同。具体衰减趋势如图6所示。
本试验对样品的放电能量保持率进行了拟合，拟合结果如图6中的虚线所示。从图中的拟合曲线可以看出，实测数据点大部分与实测曲线吻合，即使未落在曲线上，也分布在拟合曲线两侧，说明拟合度较高。从拟合的结果中也可以看出来。具体拟合结果参数表如表8所示。
从表8中可以看出，样品放电能量保持率的衰减趋势与容量保持率基本一致，呈线性衰减趋势，并且回馈电流强度越大，衰减率越高。
对不同回馈电流强度下的放电能量衰减率进行分析，发现衰减率同样呈现较高线性，如图7所示。
对不同回馈电流强度下的放电能量衰减率进行拟合，发现符合线性增长的趋势，具体拟合参数如表9所示。
从表9中可以看出，放电能量衰减率的衰减同样符合y＝a+bx的线性趋势，同时较高的R2值表明，线性拟合度较高。再次验证了回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
四、结论
本测试方法眼点在于不同强度的制动回馈电流对车用动力电池寿命的影响。以磷酸铁锂动力电池为研究对象，通过对样品进行不同回馈强度的NEDC工况循环试验，通过分析特性参数的变化规律验证回馈电流强度对动力电池的影响。试验结果表明：
1.在不同强度的回馈电流工况下，动力电池的容量保持率和能量保持率均呈现高度的线性化，符合y＝a+b*x的衰减规律；
2.不同工况下动力电池的衰减率与回馈电流强度呈线性关系，强度越大，衰减越快；
3.随着电池性能的衰减，不同阶段的充电容量发生变化。恒流段的充电容量减少，动力电池的充电容量恒流比下降。
由以上实施例可以得出，通过采用本整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，可以分析出回馈电流强度对动力电池寿命的影响。
表1电机电控系统信息及制动回馈测试结果
样品编号 A B C D E F
额定功率 50kW 90kW 15kW 65kW 18kW 30kW
峰值功率 90kW 375kW 35kW 130kW 35kW 82kW
电池系统额定能量 50kWh 90kWh 15kWh 65kWh 18kWh 30kWh
表2回馈电流强度与电池系统的关系
表3试验样品具体参数
表4放电容量测试结果汇总表(单位：Ah)
表5试验样品容量保持率拟合参数汇总
表6试验样品放电容量衰减率拟合结果
表7试验样品放电能量测试结果汇总表(单位：Wh)
表8试验样品放电能量保持率拟合结果汇总表
表9试验样品放电能量衰减率拟合结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于，其过程如下：
1)测试电机电控系统在额定扭矩和峰值扭矩下的制动回馈能量；
2)根据与该电机电控系统匹配的电池系统的指标参数，确定制动回馈能量对应的制动回馈电流；
3)根据不同强度的制动回馈电流，结合电动汽车车辆运行工况，制定“锂离子动力电池循环试验工况”；
4)依据“锂离子动力电池循环试验工况”，对锂离子动力电池开展使用寿命测试，并定期测定试验样品的使用寿命表征参数；
5)对锂离子动力电池使用寿命测试结果进行分析，综合寿命衰减规律和制动回馈电流强度，分析不同强度的制动回馈电流对锂离子动力电池使用寿命的影响。
2.根据权利要求1所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于，在步骤四中对锂离子动力电池开展使用寿命测试的过程如下：
步骤1：依据“锂离子动力电池循环试验工况”开展使用寿命循环试验；
步骤2：定期进行特性参数测试，测定锂离子动力电池的恒流放电容量、恒功率放电容量、放电直流内阻；
步骤3：重复上述步骤1和步骤2，直至寿命表征参数达到电池使用寿命终止条件。
3.根据权利要求2所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：所述寿命表征参数包括容量、内阻、功率。
4.根据权利要求1或2所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：在步骤五中，需要采集样品的放电容量参数，并对样品的放电容量保持率进行线性拟合，得出各样品的容量保持率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，验证回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
5.根据权利要求4所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：在步骤五中，需要采集样品的放电能量参数，并对样品的放电能量衰减率进行拟合，得出各样品的能量衰减率的衰减趋势均符合y＝a+bx的线性衰减，验证回馈电流强度对动力电池的寿命的影响。
6.根据权利要求1所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：在步骤三中，分为以下强度的制动回馈电流：50％、100％、150％、200％。
7.根据权利要求1所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：所述使用寿命表征参数包括放电容量、放电能量、直流内阻。
8.根据权利要求1或2所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于：所述电池系统的指标参数包括动力电池的充放电容量和能量、放电直流内阻。
9.根据权利要求8所述的一种整车制动回馈电流对锂离子电池使用寿命影响的测试方法，其特征在于，所述动力电池的充放电容量和能量、放电直流内阻的具体测试方法如下：
(1)充放电容量和能量：以1/2C倍率测定电池的充放电容量和能量；
(2)放电直流内阻：以1/2C倍率调整电池SOC(荷电状态)至80％、50％、20％，然后以5C脉冲放电10秒。
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