浅谈新能源汽车动力电池湿热循环测试

赖人评，冯勇，秦立福

孚能科技（赣州）股份有限公司 江西赣州 341000

新能源汽车动力电池在长期的高温高湿的环境下，容易绝缘失效，进而引发短路起火、电能输出中断等安全事故，从而危害到驾驶人和乘客的生命安全及造成财产损失。为此GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中8.2.5条款要求进行湿热循环测试。测试过程为5个高温高湿循环，测试时间大约为25h。

我国气侯类型多种多样，季节差异和地区差异非常大，其中高温高湿环境的地区很多，时间跨度也较长。比如西南地区的贵州省高温高湿气侯有时连续30天以上；东部地区的江浙沪等属于亚热带季风气候，夏季普遍炎热多雨。目前，主流的新能源汽车厂动力电池普遍质保8～10年。即每年动力电池都要经历一段较长时间的高温高湿环境，所以国标要求中高温高湿循环的测试时间远不能完全覆盖电池在我国高温高湿环境地区的应用场景。

为了保证新能源汽车在驾、储应用中的安全，准确获得动力电池在高温高湿环境下的耐久性能，对动力电池进行比国标要求更为严苛的高温高湿耐久性测试是很有必要的，也是各新能源气车厂的主要诉求。

测试方法

1.测试架构图与搭建原理

测试架构示意如图1所示。设置的测试装置旨在模拟高温高湿的电池应用环境，温度、湿度可以在一定范围内任意设置，温度最高为120℃、湿度最高为98%。充放电测试柜用于在高温高湿环境的同时实施充放电测试工况。测试过程中可以通过线束采集电压、电流、温度、湿度及绝缘电阻等详细试验数据。

图1 测试架构示意

2.测试时长计算

尽管动力电池质保时长是8～10年，但电池无法按照8～10年的自然时长进行测试，否则研发周期太长，无法适用市场经济规律，也无法及时回应百姓对新能源汽车高安全性的期盼。为此，引入试验加速验证公式，公式中综合考虑了整车设计的使用寿命/年、（储）停车应用场景时的温度和湿度、电池长期浸润下的环境最高温度、最低温度及最高湿度等，可以计算出加速验证的测试时长，以模拟测试电池全生命周期的湿热环境耐久性能。

3.测试步骤

测试步骤如图2所示。试验操作时，步骤四编辑测试工步时要结合测试温度、测试时长合理设置循环次数，并植入可变量的运行方程式，以实现测试过程自动化和精准智能控制，消除人为作业的测试偏差，减少测试员劳动强度。

图2 测试步骤

试验验证

试验条件：某客户整车动力电池设计的使用寿命131 400h，折合约15自然年；停车场温度为23℃、湿度65%；电池长期使用下的最高温度为52.5℃、最低温度-20℃、最高湿度93%。

1. 计算测试总时长

按照测试架构示意图搭建测试装置如图3所示。把汽车动力电池使用时的最高温度、最高湿度和停车场环境温湿度、设计寿命等参数代入加速验证公式，可以计算出测试总时长需要112.6天，见表1。

2.设置测试温度、测试湿度

考虑到实际使用时最高温度为52.5℃、最低温度-20℃、最高湿度93%，评估后把测试温度设置为52.5℃、湿度设置为93%，降温阶段设置为-20℃。

3.编辑测试工步

第一步，将测试装置从常温常湿状态运行到温度52.5℃、湿度93%。

第二步，在此环境下，电池存储31天，期间充放电循环15次。

第三步，按照测试温度52.5℃，降温温度-20℃、并在湿度93%环境下，以1天为单位，循环测试5天；再以测试温度52.5℃，降温温度25℃、并在湿度93%环境下，以1天为单位，循环测试5天；期间实施充放电循环264次。

第四步，重复第二步内容，在温度52.5℃、湿度93%环境下，电池存储31天，充放电循环15次。

第五步，重复第三步内容，循环测试10天。

第六步，重复第二步内容，在温度52.5℃、湿度93%环境下，电池存储31天，充放电循环15次。

试验结束。

4.测试结果

部分测试工步的数据如图4所示。

通过试验案例得到以下结论：

1）测试全过程采集绝缘内阻数据，评估电池绝缘有效。

2）通过引入加速验证的方法，可以有效模拟电池全生命周期下的高温高湿环境应用场景，实施例的湿热循环项目可以满足15年设计寿命要求。

37工步编制通过可变量的运行方程式，可以实现测试过程自动化和精准控制，消除人为作业的偏差，减少测试员劳动强度。

图4 测试数据

结语

通过动力电池湿热循环耐久测试，并引入加速验证的方法，可以有效模拟新能源整车动力电池全生命周期下的高温高湿环境应用场景，避免了因国标要求的测试时间不足而导致安全风险。