电池性能测试方法研究及试验台开发

ｗｉｌｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ ｒｏｕｎｄｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ、ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｖａｌｕｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｆｏｒ
从环境角度考虑，电动汽车在城市交通中可实现零排放或极低排放。即使考虑到给 这些电动汽车提供能量的发电厂的排放，使用电动汽车仍能显著降低全球的空气污染【３１。 而以石油产品为燃料的传统的内燃机汽车，据上个世纪七八十年代美国、日本对城市空 气污染源的调查，城市空气中９０％以上的一氧化碳、６０％以上的碳氢化合物和３０％以上 的氮氧化物来自于汽车排出的气体。
关键词：电动汽车，蓄电池，试验台，性能测试
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ
ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ
聊年ｊ月易Ｅｌ
－？／ｏ－ｏ ８年多月矽日
长安大学硕上学位论文
１．１电动汽车
第一章绪论
１．１．１电动汽车的发展概况
电动汽车是指全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车 ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、混合动力电动汽车ＨＥＶ（Ｈｙｂｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）和燃料电池电动汽 车ＦＣＥＶ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）＝种类型。
ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ａ ｌｏｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ，ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｂａｔｅｒｒｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆｔｈｅ
ｉｎｎｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｍｅａｓｕｒｅ
ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ａｐｐｌБайду номын сангаас‘ｉｎｓｔａｎｔａｎｏｕｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ’．
ｏｆ ｉｔ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ：Ｏｎ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ
因此可以预见，电动汽车的发展将是２ｌ世纪汽车工业发展的总趋势，它的发展将 会对能源、环境、交通以及尖端技术的发展、新型工业的建立和经济的发展产生重大的 影响。
第一章绪论
１．１．２电动汽车的关键技术及制约要素 对于电动汽车，从宏观的角度分析：其关键技术包括车身技术、底盘技术、电池技
术、能源管理技术、电机技术和控制器技术【４’５’５０１。其中车身和底盘技术是汽车的通用技 术，而电池技术、能源管理技术、电机技术和控制器技术则是电动汽车所特有的技术， 这４项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。在这４项特有的技术中， 电池技术对纯电动汽车制约最大‘６１。因此在电池技术方面，加速对电动汽车用动力电池 的研究及其性能测试设备和相关设施的研发显得尤为重要和紧迫
１．２电动汽车用蓄电池及研究现状
根据电动汽车的使用特点和普及应用的要求，其使用的动力电池应具有比能量高、 比功率大、使用寿命长、价格便宜、工作温度范围宽、自放电少、能快速充电和安全可 靠等特点。其中，比能量又分为重量比能量和体积比能量两个参数，意指单位质量下电 池所具有的能量或单位体积下电池所具有的能量，单位分别是Ｗｈ／ｋｇ和Ｗｈ／Ｌ。比功率 也分为重量比功率和体积比功率两个参数，意指单位质量下电池所具有的功率或单位体 积下电池所具有的功率，单位分别是Ｗ／ｋｇ和Ｗ／Ｌ。比能量反映的是电池容量的大小， 它直接影响汽车一次充电可以行驶的里程数，而比功率反映的是电池功率的大小，它直 接影响汽车加速性能和爬坡性能的好坏。
本文充分地论述了蓄电池的基本理论，详尽地研究分析了目前常用蓄电池性能测试 方法的优缺点。在此基础上，本文就蓄电池性能测试提出了下列方法：在蓄电池容量测 试方面，本文在考虑了放电电流强度、循环次数对荷电状态测量精度影响的情况下，提 出了一种“瞬间恒定大电流放电一端电压测量法”。在蓄电池内阻测试方面，为了使设备 具有较高的抗干扰能力和测量精度，本文采用了“瞬间恒定大电流负载放电法”。
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，Ｂａｔｔｅｒｙ，Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｐｌａｔｆｏｒｍ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ
论文独创性声明
本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。
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分类吁：ｕ４６
壤爹太净
硕士学位论文
电动汽车蓄电池性能测试方法研究及 试验台开发
赵新龙
甘师姓名职称
蹇小甲副教授
申请学位级别
论文提坐Ｈ婀
学位授ｒ单位
替辩委员会』：席
张冉化教授
学位论立评阅人
张存化教授
＋瑞芳高ｌ
摘要
蓄电池是电动汽车基本组成中的核心部件，是决定整车性能的关键因素，其性能的 优劣将直接影响车辆的动力性和续航能力。为了全面的研究、分析以及评价电动汽车用 各种动力蓄电池的性能，我们在深入研究蓄电池性能及影响因素和蓄电池快速而可靠的 充电方法及控制策略的理论基础上，以工控机为核心，数据采集系统为接口，多种模块 为主要结构，利用软件与硬件相结合的方法，研制了一套电动汽车蓄电池性能试验台。
Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｅ ｕｓｅ ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）ｓｉｇｎａｌ
ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒ ＩＧＢＴ ｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ａｎｄ ｏｆｆ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｗｅ
在试验台设计过程中，我们通过采用脉宽调制信号控制大功率ＩＧＢＴ的开通和关 断，设计了恒流放电方案：利用高精度的电压和电流采集模块来实现对电池端电压和放 电电流的采集，从而使蓄电池容量和内阻测试在试验台中得以实现。除此之外，本试验 台还实现了对车载动力蓄电池组充电的功能。
经过调整测试，本试验台符合设计要求，并且实现了对电动汽车用各种电池性能的 测试、智能充放电等多种功能。通过本实验台对被测蓄电池性能的报告分析，可为电动 汽车用蓄电池和普通蓄电池的技术改进和研究内容提供明确的方向；为蓄电池（组）的 正确使用和维护提供科学依据，对预测和提高电动汽车的续航里程有着重要意义。
ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｖａｒｉｏｕｓ ｍｏｄｕｌｅｓ
从能源观点考虑，电动汽车利用的能源是一种可靠的、来源广泛的、均衡的、对环 境友好的能源，并且这些能源是可持续的，例如核能、水能、太阳能等可再生能源【３１。 而传统的内燃机汽车每年所消耗的石油高达６０＂－－７０亿桶，约占世界石油产量的一半， 据科学家预测，地球上的石油资源如果按目前的消耗水平，仅仅可以维持６０～１００年左 右。
ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉ、ｃｌｅｓ，ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｃｈａｒｇｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｗｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ
ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｈｉｌｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ
ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ．
Ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ａｄｅｑｕａｔｅｌｙ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ
ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ．
Ａｆｔｅｒ ａｄｊｕｓｔｅｄ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｃｃｏｒｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ
本声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名：起新定］
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从１８８１年第一辆电动车问世【ｌＪ，电动汽车曾经辉煌一时。但由于电池技术的限制以 及内燃机驱动汽车的迅速发展，从１９３０年开始，电动汽车基本绝迹【２１。在２０世纪７０ 年代初，由于能源危机和石油短缺使电动汽车重新获得生机，但是石油价格在２０世纪 ７０年代末开始下跌，在电动汽车成为商业化产品发展起来之前，能源危机和石油短缺问 题已不再严重。因而电动汽车的商业化失去了动力，电动汽车的发展显著变慢，开始走 入低谷。２０世纪８０年代，由于人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响，电动 汽车的发展再次获得生机【３】。在环境和资源问题日益突出的今天，电动汽车作为清洁、 高效和可持续发展的交通工具又一次迎来了它的发展高潮。
ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅｓ ｏｎ ＳＯＣ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗｏｒｄ
ｍｅｔｈｏｄ’．Ｏｎ ‘ｉｎｓｔａｎｔａｎｏｕｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｌａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ—ｌａｄｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｓｔ
ｕｓｅ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ
ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｃａｎ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｎｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ
ｉｎｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ Ｃａｎ ｂｅ ｓｈｏｗｎ，ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｃｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｒｅｃｔ ｕｓｅ ａｎｄ
ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｇｉｖｅｎ．ｉｔ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．