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电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统快充能量效率检测

实验室拥有众多大型仪器及各类分析检测设备,研究所长期与各大企业、高校和科研院所保持合作伙伴关系,始终以科学研究为首任,以客户为中心,不断提高自身综合检测能力和水平,致力于成为全国科学材料研发领域服务平台。

电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统快充能量效率检测技术内容

1. 检测项目分类及技术要点

快充能量效率检测旨在评估电池包或系统在快速充电过程中,从电网获取的电能与其最终储存的化学能之间的转换效率。核心检测项目可分为以下三类:

1.1 综合能量效率

  • 定义:在规定的快充工况下,电池系统从充电起始状态至充电终止状态,其能量增量与充电期间从直流充电机(或交流充电桩)输入端获取的总电能的百分比。

  • 技术要点

    • 测试工况:必须严格参照国家或行业标准(如GB/T 38661)规定的快充曲线进行,通常采用恒定电流(如1C)充至某一高SOC(如80%或制造商规定值),或采用包含恒流段和恒压段的典型快充策略。

    • 边界界定:明确能量测量边界。对于直流充电,测量边界为充电机直流输出端与电池包直流输入端子之间。对于交流充电,测量边界为充电桩交流输入端与电池包直流输入端子之间,包含车载充电机(OBC)的损耗。

    • 能量计算:采用高精度电能表对输入端积分,同时通过测量电池包直流端口的电压和电流对输出端积分。效率η计算公式为:
      η = (∫(U_bat * I_bat) dt / ∫(U_in * I_in) dt) * 100%
      其中,U_bat、I_bat为电池包端电压和电流,U_in、I_in为输入端电压和电流。

    • 温控系统能耗:测试应在电池热管理系统正常工作的状态下进行。快充过程中,电池包为维持适宜温度,冷却或加热系统消耗的电能(通常取自电池包自身或充电桩)是影响效率的关键因素,必须在报告中明确该部分能耗的计入方式。

1.2 不同SOC区间能量效率

  • 定义:将快充过程划分为多个SOC区间(如0%-30%,30%-80%),分别测定各区间段的能量效率。

  • 技术要点

    • 分段测试:揭示效率随SOC变化的规律。通常,在低SOC区间,由于电池内阻相对稳定且极化较小,效率较高;接近高SOC时,极化增大,恒压充电阶段电流衰减,效率降低。

    • 分析价值:为优化充电策略(如调整不同SOC下的充电电流、电压截止点)提供数据支持,以在充电速度和整体效率间取得平衡。

1.3 关键子系统损耗分析

  • 定义:对构成能量损失的主要子系统进行定量或定性分析。

  • 技术要点

    • 热管理系统损耗:测量或估算快充过程中冷却泵、风扇、加热器等消耗的功率及其占总输入能量的比例。

    • 电池内阻与极化损耗:通过HPPC(混合脉冲功率特性)等测试获取不同SOC和温度下的直流内阻,结合充电电流计算焦耳热损耗。这部分损耗是效率损失的主体。

    • 高压电气部件损耗:包含连接器、线缆、接触器、熔断器以及BMS(电池管理系统)工作电源的损耗。对于交流充电,车载充电机(OBC)的转换效率是主要损耗源。

    • BMS均衡损耗:若在快充过程中激活了主动均衡功能,需评估其电路本身的能耗。

2. 各行业检测范围的具体要求

2.1 法规与强制性标准符合性检测

  • 适用范围:用于车型公告、CCC认证、国家与地方推广目录准入。

  • 具体要求

    • 必须严格依据国家标准执行,如《GB/T 38661-2020 电动汽车用电池管理系统技术条件》的附录C中规定了能量效率的测试方法。

    • 测试环境温度通常规定为25±2℃,以排除温度对电池性能的过度影响,确保结果可比性。

    • 充电协议必须符合国家标准(如GB/T 27930),确保充电过程正常无中断。

    • 报告需包含明确的效率值,且该值作为车辆能耗经济性的间接参考指标之一。

2.2 研发与性能验证检测

  • 适用范围:电池包/系统设计、电芯选型、热管理策略优化、竞品分析。

  • 具体要求

    • 检测范围更广,需进行多变量测试,如不同环境温度(-10℃, 0℃, 25℃, 40℃)、不同初始SOC(如10%,20%)、不同充电倍率(1C,1.5C,2C)下的效率对比。

    • 要求高采样频率(通常≥10Hz)以捕捉动态细节,并对电压、电流、温度(多测点)进行同步记录。

    • 需进行损耗拆解分析,精确量化热管理能耗、高压线路损耗等,为工程改进提供定向输入。

    • 可能包含循环寿命中的效率衰减测试,即考察电池包在经过数百次快充循环后,其快充效率的下降情况。

2.3 供应链与入厂检验

  • 适用范围:主机厂对供应商提供的电池包进行批量抽检或到货检验。

  • 具体要求

    • 检测流程需标准化、高效化。通常采用简化但关键的测试点,例如仅在25℃下,进行一次从规定低SOC(如20%)至规定高SOC(如80%)的标准快充效率测试。

    • 效率结果需与双方签订的技术规格书(TS)中的保证值进行比对,设定明确的合格/不合格阈值(如效率不低于92%)。

    • 侧重于结果的一致性验证,而非深入的机理分析。

3. 检测仪器的原理和应用

3.1 高精度功率分析仪/双向直流电源

  • 原理:功率分析仪采用高精度ADC(模数转换器)对电压和电流信号进行同步采样,通过数字运算实时得到功率值,并对时间积分得到电能。双向直流电源可模拟充电机输出,并提供能量回收功能,精确控制充电波形。

  • 应用

    • 作为测量核心:用于测量充电输入端的交流或直流电参数(U, I, P, Wh)。要求精度等级至少为0.1级,带宽足够高以准确测量PWM(脉宽调制)波形。

    • 作为激励源:在实验室测试中,使用可编程双向直流电源模拟真实快充桩的输出曲线(如CC-CV曲线),并精确记录输出能量。

3.2 电池测试系统(充放电循环仪)

  • 原理:通过精密的功率级电路和控制算法,实现对电池施加可控的电流/电压激励,并高精度测量其反馈。

  • 应用

    • 在电池包层级测试中,可直接作为充电设备并测量输入至电池包的能量。

    • 更常用于电芯级别的快充效率前期研究,评估不同电芯化学体系、结构设计对效率的影响。

3.3 数据采集系统

  • 原理:由多通道数据采集卡、信号调理模块(用于温度、电压等传感器)和上位机软件组成,实现多物理量的同步高速采集。

  • 应用

    • 同步采集电池包总电压、总电流、各模组或关键电芯的电压、多达数十个点的温度(电芯表面、冷却液进出口、母线连接点等)。

    • 用于分析温度分布均匀性、连接点温升,从而辅助分析热损耗和电气损耗。

3.4 热管理系统能耗测量单元

  • 原理:通常采用正规的低量程电能表或功率分析仪的附加通道,对热管理系统的供电回路(如低压12V/24V或高压PTC回路)进行单独计量。

  • 应用

    • 直接测量冷却水泵、风扇、空调压缩机(若由测试供电)、PTC加热器等在快充全过程消耗的电能。

    • 是实现损耗拆解分析的关键设备。

3.5 环境模拟仓

  • 原理:通过制冷、加热、加湿、除湿系统,精确控制测试空间的温湿度。

  • 应用

    • 提供标准测试环境(如25℃),或模拟极端温度工况(如低温快充测试),以研究温度对快充效率的深远影响,评估电池热管理系统的性能与能耗。