動力電池能量效率測試方法的分析和優(yōu)化摘要：能量效率作為動力電池核心技術(shù)參數(shù)，能夠評估動力電池在能量轉(zhuǎn)換過程中的能源利用效率，廣泛應(yīng)用于動力電池產(chǎn)品研發(fā)、評價以及電池碳足跡等其他重要參數(shù)計算。目前，行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用能量效率測試方法存在準確性、執(zhí)行性上的問題。本文提出了能量效率測試方法的優(yōu)化方案，一方面提出了環(huán)境適應(yīng)、預(yù)處理循環(huán)、SOC調(diào)整等測試條件的優(yōu)化方案，另一方面提出了能量效率方法的改進方法，對于動力電池產(chǎn)品研發(fā)和評價具備一定參考意義。關(guān)鍵詞：動力電池能量效率性能測試新能源汽車能夠有效緩解能源和環(huán)境壓力[1-2],發(fā)展新能源汽車是促進汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動我國從汽車大國邁向汽車強國的國家戰(zhàn)略。近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，連續(xù)八年產(chǎn)銷量位列世界首位，成為引領(lǐng)全球汽車產(chǎn)業(yè)電動動力電池是新能源汽車的核心零部件，動力電池性能對于新能源汽車的動力性起著至關(guān)重要的影響。其中，能量效率作為動力電池核心技術(shù)參數(shù)，能夠評估動力電池在能量轉(zhuǎn)換過程中的能源利用效率，廣泛應(yīng)用于動力電池產(chǎn)品研發(fā)、評價以及電池碳足跡等其他重要參數(shù)計算。目前，動力電池系統(tǒng)能量效率測試標準主要包括GB/T31467.1—2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第1部分：高功率應(yīng)用測試規(guī)程》[4]、GB/T31467.2—2015《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應(yīng)用測試規(guī)程》[5],國際標準主要包括ISO12405-4:2018《電動道路車輛—鋰離子動力電池包和系統(tǒng)測試規(guī)范一第4部分：性能測試》[6]。然而，在動力電池能量效率測試中。現(xiàn)行動力電池性能類標準暴露出部分不適用情況，導(dǎo)致測試結(jié)果不準確或無法進行。因此，本文基于前期動力電池測試經(jīng)驗，提出了動力電池電性能能量效率測試方法的分析和優(yōu)化方法，對于動力電池產(chǎn)品研發(fā)和評價具備一定參考意義。2電性能測試方法分析和優(yōu)化2.1測試條件環(huán)境適應(yīng)、預(yù)處理、SOC調(diào)整等測試條件對于動力電池系統(tǒng)測試效率有較大影2.1.1環(huán)境適應(yīng)由于動力電池系統(tǒng)在充放電時產(chǎn)生大量熱量，使電池系統(tǒng)溫度高于環(huán)境溫度，因此電性能測試步驟中在充放電后需通過環(huán)境適應(yīng)步驟使電池溫度回到環(huán)境溫度。GB/T31467系列標準2015版本中的環(huán)境適應(yīng)方法為固定靜置時間方法，即低溫下靜置不少于24h,在高溫下靜置不少于16h的時間要求。然而，由于部分電池包或系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，在低溫下靜置24h或高溫下靜置16h,存在環(huán)境適應(yīng)達不到熱平衡的情況，也有部分電池包或系統(tǒng)無需低溫靜置24h或高溫靜置16h就能實現(xiàn)熱平衡。根據(jù)24h或16h的時間作為環(huán)境適應(yīng)的條件，會造成測試資源的浪費。此外，在常溫測試后，也需要進行環(huán)境適應(yīng)步驟。因此，應(yīng)以電池單體溫度與目標環(huán)境溫度差值作為判斷環(huán)境適應(yīng)的先決條件同時，考慮到電池包或系統(tǒng)剛到臨界范圍溫度時，環(huán)境適應(yīng)存在不充分的可能性，宜增加1h內(nèi)沒有主動冷卻2.1.2預(yù)處理循環(huán)在正式測試之前，需要通過預(yù)處理循環(huán)使動力電池系統(tǒng)性能達到正常、穩(wěn)定狀a)以1C電流或按照制造商推薦的充電機制充電至制造商規(guī)定的充電截止條件；b)靜置30min;d)靜置30min;e)重復(fù)上述步驟a)～d)5次。在實際測試中，如圖1所示，由于充放電過程中電池產(chǎn)熱，在首次預(yù)處理循環(huán)中，電池系統(tǒng)溫度即從26℃提升至40℃,而30min的靜置僅使電池溫度下降了1℃,而后續(xù)預(yù)處理循環(huán)溫度之前熱量積累的基礎(chǔ)上，溫度將更加偏離環(huán)境溫度，導(dǎo)致后續(xù)預(yù)處理循環(huán)結(jié)果不準確，甚至導(dǎo)致測試失敗?；诖?，應(yīng)將b)步驟和d)步驟中的“靜置30分鐘”,修改為“環(huán)境適應(yīng)”,雖然一定程度上延長了測試時間，但對測試結(jié)果準確意義重大。如圖2所示，將靜置30分鐘修改為環(huán)境適應(yīng)后，三次預(yù)處理循環(huán)電池溫度始終在36度以下，且三次荷電狀態(tài)(SOC)調(diào)整是動力電池電性能測試的常用步驟。在GB/T31467系列標準2015版中，調(diào)整SOC至n%的方法是，按制造商提供的充電方式將蓄電池包或系統(tǒng)充滿電，靜置1h,以1C恒流放電(100-n)/100h。在實際標準執(zhí)行中，每次SOC調(diào)整均需要將電池充電至滿電態(tài)后調(diào)整，導(dǎo)致測試時間延長。此外，低溫下1C倍率放電容易導(dǎo)致電池電壓迅速觸發(fā)電壓下限而試驗失敗。因此，如果上一次SOC調(diào)整在24h以內(nèi)，由于電池自放電情況較弱，無需充滿電，可以直接調(diào)整動力電池2.2能量效率2.2.1現(xiàn)行標準方法分析能量效率作為動力電池系統(tǒng)的重要參數(shù)，表征了動力電池能量轉(zhuǎn)化效率，是整車能量效率的重要組成部分。GB/T31467.2—2015中規(guī)定了高能量型動力電池系統(tǒng)的能量效率測試方法，如表1所示。測試在三種不同溫度下進行，分別為室溫，0℃,和Tmin(由制造商和客戶商定);測試以兩種不同倍率進行，分別為1C,Imax。根據(jù)每組測試中放電能量/充電能量(例如步驟4中標準放電能量和步驟5中1C充電能量，步驟8中的標準放電能量和步驟9中Imax充電能量)計算不同溫度、不同倍率下的能量效率。實際測試中發(fā)現(xiàn)，GB/T31467.2—2015中的測試方法會出現(xiàn)能量效率超過100%的情況。標準循環(huán)中標準充電工況允許制造商自定，一般制造商選擇的充電工況有多步階梯充電和單步恒流充電。如圖2所示，1C倍率下，標準充電采用多步階梯充電方法時，25℃和0℃能量效率分別為103.62%和104.51%,均超過100%,而當標準充電采用單步恒流充電方法時，能量效率小于100%。如圖3所示，在2C(Imax)倍率下，標準充電采用多步階梯充電方法還是單步恒流充電方法，能量效率均超過100%。按照能量效率的物理意義，能量效率值應(yīng)當小于100%,因此，有必要研究現(xiàn)行測試方法存在的問題并加以改進。2.2.2改進的能量效率測試方法經(jīng)分析，現(xiàn)行標準中能量效率大于100%的原因，主要是由于計算能量效率時，用于計算的充電容量和放電容量受前一次充放電倍率影響。此外，充電和放電間缺乏熱平衡步驟，消除溫度影響。因此提出了以下能量效率測試方法。(表2)該方法與GB/T31467.2-2015的方法相比，主要有以下改進點：(1)在計算能量效率的充電步驟之前，增加相同倍率的充電步驟，例如在1.9步驟1C充電之前，增加1.5步驟的1C充電步驟，在2.6步驟的Imax充電步驟之前，增加2.2步驟的Imax充電步驟，消除了計算能量效率時，受之前步驟充(2)在充電和放電增加熱平衡步驟，例如1.10步驟、2.7步驟，以此來消除(3)刪除了0℃測試步驟的1C充電測試點。0℃下部分電池設(shè)計無法實現(xiàn)1C倍率充電，導(dǎo)致測試無法進行，影響可執(zhí)行性。EnvironmentalLifeCycleAssessmentofConventionaland[2]STEPHANCH,SULLIVANJ.EnvironmentalandEnergyImplofPlug-InHybrid-ElectricVehicles[J].Environmental