动力电池系统测试平台

动力电池系统测试平台

动力电池系统测试平台主要包括动力电池充放电性能测试设备、频域-阻抗特性测试设备、环境模拟设备以及连接装置等。

2.1.1 充放电性能测试设备

充放电性能测试设备通过加载特定的测试程序或车用工况，可以获得动力电池的电压、功率、容量、能量、内阻/阻抗、温度以及这些量的衍生和计算表达，从而考察所测试动力电池是否满足电动汽车对动力电池系统的要求。从1987年美国Arbin公司推出第一台计算机控制的动力电池测试系统以来，动力电池充放电设备从手动分选测试到自动化、数字化测试，各方面都有了飞速发展。该领域的国外知名公司除美国Arbin外，还有美国MACCOR 公司、日本日置株式会社、德国迪卡龙公司等企业。我国主要的生产企业有武汉蓝电电子有限公司、深圳新威尔电子有限公司、宁波拜特以及哈尔滨子木科技有限公司等。根据市场反应，进口设备因为发展较早，设备进行了持续更新和改进，测试精度、测试系统稳定性和售后较国产设

备优势明显，而且测试范围和功能较为广泛，但设备价格昂贵。

本书数据全部来源于北京理工大学AESA测试平台，主要使用了Arbin-BT2000动力电池单体和系统测试设备，包括三台单体测试设备和两台系统测试设备。

Arbin-BT2000实物图及工作界面如图2-1和图2-2所示，设备参数和特征见表2-1和表2-2。

另一方面，合适的电池夹具也是保证动力电池性能测试顺利进行的重要因素。考虑到部分动力电池在充放电过程中会积累过多的副反应产物(尤其是气体)，这会引起动力电池的膨胀和鼓包等现象，进而影响到动力电池的电性能和安全。所以在进行测试前，需要给动力电池安装特定的夹具。图2-3所示为某方形动力电池的夹具。此外，由于圆柱形动力电池难以直接与充放电设备连接，也需用特制夹具对其进行固定。图2-4所示为某圆柱形动力电池的夹具。

图2-1 Arbin-BT2000实物图

图2-2 Arbin-BT2000工作界面

表2-1 Arbin-BT2000动力电池单体测试设备的参数和特征

表2-2 Arbin-BT2000动力电池系统测试设备的参数和特征

图2-3 某方形动力电池的夹具

图2-4 某圆柱形动力电池的夹具

2.1.2 频域-阻抗特性测试设备

频域-阻抗特性测试设备用于测量动力电池在一定频率范围内、不同频率下的交流阻抗，即电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)。通常由电化学工作站完成。Zahner IM6型电化学工作站如图2-5所示，其具体参数和特征见表2-3。电化学工作站Zahner IM6能够测试10μHz～8MHz频率范围内动力电池的交流阻抗，并具有高输入阻抗、大电流激励的功能，最大激励电流可扩展至100A。主控计算机安装MITS Pro

软件和Thales软件，分别用于操控Arbin-BT2000测试仪和Zahner IM6电化学工作站开展动力电池的相关测试，具有设计测试程序、加载测试工况、储存测试数据等功能。电化学阻抗谱测试界面如图2-6所示。

图2-5 Zahner IM6型电化学工作站

表2-3 Zahner IM6型电化学工作站的参数和特征

图2-6 电化学阻抗谱测试界面

2.1.3 环境模拟设备

环境温湿度等条件对动力电池内阻、容量和充放电特性均有显著影响。为了模拟动力电池不同的应用环境，以研究温湿度对动力电池特性的影响，需要采用温湿度实验箱控制环境参数。本书测试使用的某型号可程控式温湿度三层实验箱如图2-7所示。该实验箱采用工业微电脑控制系统，适用于对各类汽车部件、电子电工零件及其他产品进行高低温恒定、渐变和湿热等环境模拟实验。具体参数和特征见表2-4。

图2-7 可程控式温湿度三层实验箱

表2-4 可程控式温湿度三层实验箱的参数和特征

2.1.4 动力电池测试平台

为完成动力电池的综合测试，基于上述动力电池实验设备，AESA搭建了图2-8所示的动力电池测试综合平台。该动力电池测试平台原理图如图2-9所示。

图2-8 动力电池测试综合平台实物（见彩插）

图2-9 动力电池测试平台原理图

在该动力电池测试平台中，主体采用主从式两级控制结构，由上位机和下位机组成。上位机采用相关软件控制下位机完成各种动力电池测试，其中下位机包括动力电池充放电性能测试设备和电化学工作站，两者均通过连接线连接动力电池并分开轮流运行，分别测试动力电池的直流特性和交流特性；同时，为保证外部环境的稳定性和多变性，动力电池通常需要放置在温箱里进行实验，实现目标温湿度并保持恒定；采集模块则负责采集动力电池电压、电流、温度、阻抗等信号传输给上位机完成数据采集。该平台的搭建为动力电池的测试设计提供了硬件基础，也为本书动力电池管理系统核心算法的开发和验证提供了有力保障。

特别注意，本书中所使用的数据采样频率均为1Hz。