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新能源汽车动力电池测试系统开发

王群  
【摘要】:无论在新能源汽车领域还是在储能领域怎样实现对动力电池的性能快速和高效的评估一直是一个亟待解决的问题。动力电池的直流内阻DCIR(Direct Current Internal Resistance,简称 DCIR)和交流内阻 ACIR(Alternating Current Internal Resistance,简称ACIR)是动力电池的重要性能属性,本文基于Labview开发了动力电池包测试系统和单体电池测试系统,利用电池测试系统对电池的内阻特性进行研究,为探索建立电池性能快速评估系统提供数据支持。本文开发的动力电池测试系统包括动力电池包和单体电池测试系统两个部分。针对不同测试对象完成系统方案设计、进行系统硬件选型以及设定本文测试系统的设备控制、限值检测、DCIR测试以及数据存储等功能。本文主要针对单体电池的内阻特性进行研究并且设计了相关试验的内容。动力电池DCIR测试方式主要包括:美国的HPPC、日本的JEVS-D713以及中国“863”计划等提供的测试方法。这三种测试方式共同特征就是通过单电流阶跃测试方式获得电池的DCIR。本文依据IEC-61960双电流阶跃测试电池DCIR,研究中对试验内容进行了扩展且对比了单电流阶跃(静态)与双电流阶跃(动态)测试下DCIR的变化趋势。在动态脉冲工况下研究动态DCIR变化规律,为实车工况下评估电池状态提供数据支撑。电池ACIR的测试主要包括有扰动源和无扰动源两种测试方式,本文对有扰动源测试方式在Multisim环境下进行仿真研究,分别分析了在恒压和恒流扰动下隔离电容对测试系统的影响。通过仿真分析可以发现,隔离电容对交流内阻测试系统影响较大,在交流内阻测试系统开发过程中要重视隔离电容的选择。本文开发的动力电池测试系统主要分为自动工况和人工测试两种模式。系统测试过程中可以实现对电池包管理系统BMS(Battery Management System,简称BMS)数据的监测。开发适用于复杂工况编辑的工况编辑器模块,复杂工况编辑完成后可以存储为文本格式。开发了工况查看器模块方便对编辑过的工况文件进行查阅。人工测试模式主要针对单体电池进行测试包括:充电、放电、荷电状态SOC(State of Charge,简称SOC)调整、DCIR测试以及数据保存等功能模块。通过对动态和静态的DCIR进行对比发现,二者虽然在测试方式上存在一定的差异,但是其随不同SOC的变化趋势相近。在动态脉冲放电工况下,动态DCIR随SOC变化符合指数变化规律且R-square值在90%以上。本文还基于电池二阶RC等效电路模型,建立电池ACIR在不同SOC状态下与等效电路的总阻抗和内部结构阻抗的关系模型,通过18650和方体两种电池对模型进行验证且R-square值在70%以上。通过研究交流内阻与电池模型阻抗的关系,可以更好的了解由ACIR反映的电池的内部状态。文中还对不同循环周期下的动态DCIR和ACIR进行了分析并且对依据本文可继续进行研究的方向进行展望。


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