动力电池在高寒地区的电性能测试研究

袁兴建

（西藏自治区能源研究示范中心，西藏 拉萨 850000）

青藏高原作为国家生态安全屏障，青藏高原的生态安全事关亚洲乃至世界生态安全，保护青藏高原生态安全是我们科研人员义不容辞的责任。然而汽车尾气已经成为威胁青藏高原生态安全重要因素，必须加快新能源汽对传统燃油汽车的替代，来减轻青藏高原生态安全工作的压力。但西藏特殊的地理环境对新能源汽车提出更加严苛的要求，需要在高寒地区对新能源汽车的核心部件动力电池系统开展可行性测试研究。通过文献检索，当前锂离子电池的技术虽然已基本成熟，动力电池也有相应的行业标准和国家标准，但对于高寒地区而言，锂离子动力电池还没有相应的检测方法和标准，而电动汽车的动力电池作为一个复杂的动力系统，不能简单引用已有的行业标准和国家标准来检测其在高寒地区的性能，必须结合实际情况对动力电池在高寒地区的性能进行测试研究，确保电动汽车能安全运行，并根据系统性的测试数据对电动汽车在高寒地区的安全运行的适应性改造提供数据依据，从而加快电动汽车在西藏的推广。

研究选取三元锂离子动力电池为实验对象，并根据现有的国家标准设计锂离子动力电池测试方案。依据测试方案对锂离子动力电池开展相关电性能实验，如容量实验、功率内阻实验、高低温启动功率实验和能量效率实验等。通过整理分析相关实验数据，找出锂离子动力电池系统在高寒地区的电性能情况，完成动力电池在高寒地区的适应性改造的前期准备工作。

1 锂离子动力电池组测试方法

研究测试样品为三元锂离子动力电池，型号：72V/252Ah；电池组的单体电池为圆柱型锂离子动力电芯，型号：26980S，标称容量：6Ah，标称电压：3.6V；测试条件中的气压为相对气压，以拉萨市气压为标准；实验环境主要为海拔4500米、常温，3600米、常温；实验主要依据为GB/T3167.1-2015；气压的依据是根据西藏主要城市的年平均气压进行转换［1］。

1.1 容量试验

由于动力电池系统在大电流充放电过程中会产生大量的热量，使动力电池系统的温度上升，给电动汽车的安全运行带来隐患。为保证电动汽车在高寒地区的安全运行，就必须掌握动力电池在高寒地区的电性能参数。为此，我们通过开展不同海拔范围内动力电池系统的容量实验研究，分析动力电池系统在充放电过程中单体电池的温差、压差及系统功率变化情况来研究动力电池在高寒地区的电性能参数。

实验主要分析充电过程SOC为40-100%，放电过程SOC为100-0%的测试数据。

1.1.1 0.5C充电过程中功率、温差、压差变化情况。通过对测试数据的分析整理，得到如下结果：当海拔为3600米充电量为10.351kWh,海拔为4500米充电量为11.434kWh；由曲线图可知：海拔越高，充电功率越小，单体电池温差变幅度也大并呈上升趋势，单体压差变化幅度越大并呈上升趋势。

1.1.2 1C放电功率、温差、压差变化情况。通过对测试数据的分析整理，得到如下结果：海拔为3600米放电量为16.175kWh，海拔为4500米放电量为15.804kWh；海拔越高，放电功率越小，单体电池温差变幅度保持一致并呈上升趋势，单体压差变化幅度越大并呈上升趋势。

1.2 功率和内阻

主要测试动力电池的动态工况下的功率特性和内阻特性，模拟电池包的实时工况［2］。

根据GB/T3167.1-2015计算如表1。

表1 不同海拔内组功率比较表

根据统计，海拔越高，电阻越大，功率也变大。

1.3 高温启动功率

高温启动功率实验主要测试，在高温和低SOC情况下电池的输出能力［3］（如表2）。

表2 不同海拔高温启动功率比较表

根据统计，海拔越高，启动功率越低。

1.4 能量效率

能量效率效率实验主要测试动力电池在不同SOC的状态下电池包快速充放电效率［3］（如表3）。

表3 不同海拔能量效率比较表

根据统计，海拔越高，耗能越高，同时效率越高。

2 实验平台搭建方案

锂离子动力电池组测试通过下图所示实验平台实现

图1 锂离子动力电池组测试图

实验的实验设备主要有锂离子动力电池组、高低温低压环境试验箱、能量回馈型电池组充放电测试系统、CAN盒、计算机及相应的测试单元组成。高低温低压环境试验箱为动力电池系统模拟高寒地区的气候环境；能量回馈型电池组充放电测试系统同动力电池系统测试软件一起完成动力电池系统各项性能测试，并输出测试数据，CAN盒的主要作用是检测电池包内部每一个单体电池的电压、温度实时状况。

3 结束语

研究选择锂离子动力电池组为测试对象，以国标为依据，以高寒地区的气候特征为测试环境，对锂离子动力电池组的容量、功率内阻、高温启动功率及能量效率等电性能进行测试。通过分析测试数据，发现动力电池在高寒地区的充电耗能变大，有用能变小，内阻变大，能为电动汽车提供的启动功率变小，充放电时单体电池的温度和电压一致性变差。这些结果表明，要在西藏大规模推广电动汽车，必须根据高寒地区气候特征对动力电池进行适应性改造和加快动力电池在高寒地区运行标准的研制；只有根据高寒地区的特征对动力电池开展系统性测试，才能对动力电池在高寒地区的性能做出完整的评价，才能掌握动力电池在高寒地区的运行情况［5］，为动力电池系统在高寒地区的适应性改造和安全高效使用打下坚实基础，才能进一步优化电动汽车的动力系统。