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純電動(dòng)商用車用能量型蓄電池工況循環(huán)壽命檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-24 13:57:52 更新時(shí)間：2025-07-23 13:57:52

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

純電動(dòng)商用車用能量型蓄電池工況循環(huán)壽命檢測

純電動(dòng)商用車（包括物流車、公交車、環(huán)衛(wèi)車等）的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，高度依賴于其核心動(dòng)力源——能量型蓄電池（通常指鋰離子電池）的性能衰減程度。工況循環(huán)壽命檢測，是評(píng)估電池在模擬實(shí)際車輛行駛工況條件下的長期耐久性與容量衰減情況的核心試驗(yàn)。相較于簡單的標(biāo)準(zhǔn)充放電循環(huán)，工況循環(huán)通過復(fù)現(xiàn)車輛真實(shí)的加速、減速、巡航、怠速、啟停、制動(dòng)能量回收等動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化，更精確地模擬電池在實(shí)際使用中的應(yīng)力環(huán)境，尤其對(duì)于負(fù)荷頻繁變化、啟停次數(shù)多的商用車應(yīng)用場景至關(guān)重要。該檢測能揭示電池在復(fù)雜動(dòng)態(tài)工況下的老化機(jī)制、容量保持率、內(nèi)阻增長、功率衰減等關(guān)鍵性能變化趨勢，為整車?yán)m(xù)航里程預(yù)測、電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、維護(hù)策略制定以及產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐，是保障車輛全生命周期使用效能和安全性的基石。

檢測項(xiàng)目

工況循環(huán)壽命檢測的核心項(xiàng)目通常包括：

1. 容量衰減檢測： 在指定溫度下，定期（如每50或100次等效循環(huán)后）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)容量測試（如1C恒流放電至截止電壓），計(jì)算容量保持率（剩余容量/初始容量）。這是衡量電池壽命最直觀的指標(biāo)。

2. 能量效率檢測： 計(jì)算單個(gè)工況循環(huán)或特定周期內(nèi)，電池放電能量與充電能量的比值，評(píng)估系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)工況下的能量轉(zhuǎn)化損失。

3. 內(nèi)阻變化檢測： 定期測量電池在特定SOC點(diǎn)（如50%）的直流內(nèi)阻（DCR）或交流內(nèi)阻（ACR），內(nèi)阻的增長是電池老化的重要表征。

4. 功率特性檢測： 定期進(jìn)行峰值功率、持續(xù)功率測試（如HPPC測試或恒功率放電），評(píng)估電池滿足車輛加速、爬坡等動(dòng)力需求能力的衰減情況。

5. 溫升特性監(jiān)測： 在整個(gè)循環(huán)過程中監(jiān)測電池單體、模組或Pack關(guān)鍵位置的溫度變化，評(píng)估熱管理系統(tǒng)的效能和電池?zé)岚踩浴?/p>

6. 容量恢復(fù)能力檢測： 在長期循環(huán)后，通過特定靜置或小倍率充電，測試容量是否能部分恢復(fù)，評(píng)估不可逆老化程度。

7. 壽命終止判定： 當(dāng)容量保持率衰減至規(guī)定閾值（通常為初始容量的80%）或內(nèi)阻增長至規(guī)定閾值（通常為初始值的1.5倍或2倍）時(shí)，判定壽命終止（End of Life, EoL），記錄循環(huán)次數(shù)。

檢測儀器

進(jìn)行工況循環(huán)壽命檢測需要一系列高精度、高性能的專業(yè)設(shè)備：

1. 電池充放電測試系統(tǒng)： 這是核心設(shè)備，需具備：

* 高精度： 電壓、電流測量精度（通常優(yōu)于0.05%FS），高采樣率（≥1kHz）。

* 高動(dòng)態(tài)響應(yīng)： 能夠快速、準(zhǔn)確地跟隨復(fù)雜的、變化的功率/電流工況曲線。

* 大功率范圍： 滿足商用車電池包或大模組的高功率測試需求。

* 通道擴(kuò)展性： 支持多通道并行測試，提高效率。

2. 環(huán)境模擬試驗(yàn)箱： 提供可控的溫度環(huán)境（如 -40℃ 至 +85℃），模擬車輛在不同氣候條件下的工作狀態(tài)。

3. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 用于同步采集電壓、電流、溫度、時(shí)間等大量數(shù)據(jù)。

4. 電池管理系統(tǒng)模擬器/通訊接口： 與被測電池包BMS通信，獲取SOC、SOH、單體電壓、溫度等內(nèi)部信息。

5. 安全監(jiān)控系統(tǒng)： 包括煙霧探測、氣體檢測（如CO、H2）、火焰探測、視頻監(jiān)控、自動(dòng)滅火裝置等，保障測試安全。

6. 冷卻系統(tǒng)： 為測試設(shè)備和/或被測電池提供必要的主動(dòng)冷卻（水冷或風(fēng)冷）。

檢測方法

工況循環(huán)壽命檢測方法的核心在于定義和應(yīng)用能代表目標(biāo)商用車實(shí)際行駛特征的“工況循環(huán)”曲線：

1. 工況循環(huán)定義：

* 基于目標(biāo)車型（如特定型號(hào)的電動(dòng)公交車）在實(shí)際運(yùn)行線路中采集的大量行駛數(shù)據(jù)（速度-時(shí)間曲線），通過數(shù)據(jù)處理（如特征提取、聚類分析、馬爾可夫鏈建模等），提煉出具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)曲線（如中國城市公交工況CCBC、中國輕型商用車工況CLTC-C等，或自定義循環(huán)）。

* 將速度-時(shí)間曲線轉(zhuǎn)換為電池端所需的功率-時(shí)間曲線或電流-時(shí)間曲線。這需要結(jié)合整車參數(shù)（質(zhì)量、風(fēng)阻系數(shù)、滾阻系數(shù)、傳動(dòng)效率等）和電池系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算。

2. 測試流程：

* 預(yù)處理/初始測試： 電池在指定溫度下進(jìn)行若干次標(biāo)準(zhǔn)充放電循環(huán)進(jìn)行活化，然后進(jìn)行初始容量、內(nèi)阻、功率等基準(zhǔn)測試。

* 工況循環(huán)執(zhí)行： 在規(guī)定的環(huán)境溫度下（通常為25℃或40℃等加速老化溫度），電池按照定義的工況循環(huán)曲線進(jìn)行連續(xù)的充放電測試。一個(gè)“循環(huán)”通常定義為完成一次完整的、代表特定里程（如50km、100km）的工況曲線。

* 定期性能測試： 在累積一定數(shù)量的等效循環(huán)（如每50次）后，中斷工況循環(huán)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行容量、內(nèi)阻、功率等性能測試。

* 過程監(jiān)控： 持續(xù)記錄循環(huán)過程中的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)。

* 壽命終止判定： 當(dāng)容量或內(nèi)阻達(dá)到設(shè)定的壽命終止閾值時(shí)，停止測試。記錄總循環(huán)次數(shù)。

* 失效分析： 對(duì)壽命終止的電池進(jìn)行拆解和分析，研究老化機(jī)理。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

純電動(dòng)商用車用能量型蓄電池工況循環(huán)壽命檢測主要遵循以下標(biāo)準(zhǔn)（具體標(biāo)準(zhǔn)可能不斷更新，需以最新版為準(zhǔn)）：

1. 中國國家標(biāo)準(zhǔn)：

* GB/T 31484-2015《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法》： 這是基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命（等倍率充放電）的測試方法和要求。雖然未強(qiáng)制規(guī)定具體工況循環(huán)，但為工況循環(huán)測試提供了基礎(chǔ)框架（如環(huán)境條件、容量測試方法）和壽命終止判定依據(jù)（80%容量保持率）。

* GB/T 31467.1~.3《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)》： 這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電池包和系統(tǒng)的安全性測試要求，間接關(guān)聯(lián)耐久性要求。部分企業(yè)或項(xiàng)目會(huì)參考此系列標(biāo)準(zhǔn)的要求制定工況循環(huán)壽命細(xì)則。

* GB/T 38661-2020《電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》： 對(duì)BMS的SOH估算精度等有要求，工況循環(huán)壽命測試數(shù)據(jù)是驗(yàn)證和標(biāo)定SOH算法的重要依據(jù)。

2. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

* 由于GB/T 31484未詳細(xì)規(guī)定工況循環(huán)，針對(duì)商用車的具體工況循環(huán)測試方法通常由以下標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范補(bǔ)充：

* 中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國汽車工程學(xué)會(huì)等發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范。

* 特定示范項(xiàng)目（如公共交通電動(dòng)化推廣項(xiàng)目）制定的技術(shù)要求和測試規(guī)范。

* 整車廠或電池廠內(nèi)部制定的更嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

* 這些標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)明確規(guī)定：

* 采用的工況循環(huán)曲線（如基于某城市公交線路定制的CCBC變種）。

* 測試的環(huán)境溫度（常選擇25℃和40℃甚至更高）。

* 定期性能測試的間隔。

* 壽命終止的目標(biāo)值（如80%容量保持率下要求達(dá)到的循環(huán)次數(shù)目標(biāo)）。

3. 國際標(biāo)準(zhǔn)參考：