Тестирование аккумуляторной батареи электромобиля: Емкость, HPPC, Термальный & Проверка срока службы цикла

Почему тестирование аккумуляторной батареи является недостающим звеном в программах тестирования электромобилей

Большинство программ тестирования электромобилей основаны на двух основных принципах:: испытание двигателя (карты эффективности, термический, Н.В.) и, все больше, проверка электронной оси и привода. Аккумулятор — пожалуй, самый дорогой, компонент трансмиссии с самым высоким риском — часто проверяется отдельно, позже, или другой командой, использующей оборудование, не предназначенное для взаимодействия с остальной частью программы проверки..

Этот разрыв имеет значение, поскольку аккумуляторная батарея не выходит из строя сама по себе.. Производительность аккумулятора зависит от того, как работает система управления батареями. (БМС) реагирует на реальные профили нагрузки, которые фактически требуются двигателю и инвертору — импульсы рекуперативного торможения, постоянная нагрузка на шоссе, пределы тока холодного пуска. При тестировании аккумулятора с синтетическим профилем заряда/разряда, который не отражает реальное поведение трансмиссии, упускаются именно те взаимодействия, которые вызывают сбои в работе..

Что на самом деле должен делать испытательный стенд для аккумуляторных батарей

Тестовая система на уровне упаковки находится между двумя совершенно разными мирами.: сильноточная силовая электроника (зарядка и разрядка током в сотни ампер) и точность, сбор данных на уровне клеток (одновременный мониторинг сотен отдельных напряжений и температур ячеек). Оба должны работать вместе, в реальном времени, без того, чтобы токовая сторона вносила электрический шум, который искажал измерения ячейки на уровне милливольт..

• Двунаправленный силовой каскад постоянного тока: Источники и стоки тока (зарядка и разрядка) с четырехквадрантным управлением, обычно 0–1000 В и ток до нескольких сотен ампер для комплексного тестирования.
• Сбор данных на уровне клеток: Одновременный контроль напряжения и температуры для каждой ячейки или группы ячеек в блоке., синхронизировано с током и напряжением на уровне упаковки
• Интерфейс связи BMS: МОЖЕТ, КАН-ФД, или интерфейс SPI для считывания состояния заряда BMS., состояние здоровья, и отчеты о неисправностях, и перепроверить это с независимо измеренной достоверностью
• Интеграция тепловой камеры: Наиболее значимые испытания упаковки проводятся в диапазоне температур. (-20от °C до 45 °C является обычным явлением), поскольку емкость, внутреннее сопротивление, и прием заряда значительно изменяются с температурой
• Защитные блокировки: Независимое перенапряжение, перегрузка, и обнаружение перегрева, которое может отключать электроэнергию быстрее, чем сама BMS., поскольку весь смысл некоторых тестов намеренно подталкивает пакет к его пределам

Основные тесты для аккумуляторов электромобилей

1. Тест мощности и энергии

Полный цикл зарядки-разрядки с заданной скоростью C. (обычно C/3) измеряет фактическую полезную мощность (Ах) и энергия (кВтч) против рейтинга производителя. Это базовый тест, с которым сравниваются почти все остальные измерения., и это необходимо повторить при изменении температуры и после старения, чтобы построить реальную кривую снижения мощности..

Ключевые показатели: Емкость (Ах), энергия (кВтч), кулоновский КПД.

2. Внутреннее сопротивление / HPPC

При определении характеристик гибридной импульсной мощности применяются короткие сильноточные импульсы. (зарядка и разрядка) при различных состояниях заряда и измеряет реакцию напряжения, извлечение внутреннего сопротивления и доступной мощности в каждой точке SoC. Это то, что определяет возможности ускорения и регенерации в реальном мире — аккумулятор может иметь достаточную мощность, но при этом не обеспечивать подачу энергии, если внутреннее сопротивление слишком велико..

Ключевые показатели: Внутреннее сопротивление постоянного тока (мОм) против. SoC, пиковая мощность разряда/заряда, доступная для каждого SoC.

3. Тестирование профиля тока ездового цикла

Вместо простого разряда постоянного тока, стенд воспроизводит реальный или стандартизированный профиль тока (WLTP, US06, или журнал диска, специфичный для клиента) с быстрым изменением тока для событий регенерации. Это тест, который фактически проверяет взаимодействие между временем отклика BMS., балансировка клеток, и управление температурным режимом в реалистичной динамике — тот же принцип, что и при тестировании рабочего цикла на динамометрическом стенде., наносится на упаковку.

Ключевые показатели: Просадка напряжения при пиковом токе, Время срабатывания ограничения тока BMS, повышение температуры во время длительных сильноточных сегментов.

4. Проверка управления температурным режимом

С пакетом под нагрузкой внутри термокамеры, стенд проверяет собственную систему охлаждения аккумулятора (жидкость или воздух) поддерживает разброс температур между ячейками в пределах допусков балансировки BMS, и подтверждает, что логика теплового снижения фактически срабатывает до того, как какой-либо элемент достигнет предела безопасности.

Ключевые показатели: Максимальная разница температур между ячейками, триггер времени до снижения номинальных характеристик, эффективность системы охлаждения (Повышение °C на рассеиваемый кВт).

5. Проверка балансировки ячеек

Более повторяющиеся циклы, отдельные ячейки в пакете расходятся по состоянию заряда. Скамья намеренно вызывает дисбаланс (или отслеживает его развитие в течение жизненного цикла) и проверяет, что пассивная или активная схема балансировки BMS возвращает элементы в допуск в течение указанного количества циклов..

Ключевые показатели: Разброс напряжения ячейки (мВ) до/после балансировки, балансирующий ток, время для сближения.

6. Цикл жизни / Календарное старение

Длительная езда на велосипеде (тысячи циклов) при фиксированном профиле отслеживается снижение емкости и рост сопротивления в течение срока службы — тест, который в конечном итоге подтверждает право на гарантийную претензию. Потому что этот тест длится неделями или месяцами, стенд должен работать без присмотра с автоматическим обнаружением и протоколированием неисправностей.

Ключевые показатели: Сохранение емкости (%) против. количество циклов, рост сопротивления (%) против. количество циклов, циклы до 80% емкость (общий порог EOL).

Почему это необходимо связать с остальной частью программы испытаний трансмиссии

Самое ценное тестирование аккумуляторной батареи не проводится изолированно — оно использует те же принципы рабочего цикла и рекуперативных четырехквадрантов, что и тестирование двигателя и электронной оси., поэтому реальный профиль тока ездового цикла, снятый на динамометрическом стенде двигателя, можно воспроизвести непосредственно на аккумуляторном стенде., и наоборот. Команды работают раздельно, Отключенные программы тестирования аккумулятора и трансмиссии обычно обнаруживают проблемы интеграции (Ограничение тока BMS для борьбы с запросами крутящего момента контроллера двигателя, например) при тестировании на уровне транспортного средства — исправить гораздо позже и дороже, чем если бы аккумуляторный стенд с самого начала работал с теми же профилями нагрузки.

Если ваша команда проводит проверку аккумуляторных батарей наряду с тестированием двигателя или электронной оси., поговорите с нашей командой инженеров о выборе размера стенда, который может использовать общие профили ездового цикла для обоих.