由于動力電池的使用壽命與電動車輛的動態(tài)功率需求緊密相關(guān)，因此為兼顧動力電池的壽命和電動車輛的性能需求，亟須開展針對動力電池測試使用的動態(tài)行駛工況的研究。

　　本文首先分析純電動公交車各行駛段的特性表征因素，提取典型時段的功率分布，在符合實際行駛特征的基礎(chǔ)上，利用主成分分析方法評價所選典型時段的功率持續(xù)時間、電流變化率等特征量與實際工況的相關(guān)性，然后在不同工況條件下對錳酸鋰電池進(jìn)行循環(huán)壽命測試。

　　我們選取北京奧運會純電動公交車運行線路作為的研究樣本，通過動汽車運行記錄裝置，以2Hz的頻率采集電池、電機(jī)控制器和整車控制器的主要運行數(shù)據(jù)，建立了適用于純電動公交車的車輛行駛工況，為評價動力電池的動態(tài)性能和循環(huán)壽命提供依據(jù)。

　　速度與功率的特征

　　車速是反映道路和交通狀況的重要特征量，常用怠速、加速、勻速和減速作為車輛典型運行時段。理論上，在車輛阻力系數(shù)、傳動系效率和電機(jī)效率等參數(shù)已知的情況下，根據(jù)速度能夠得到動力電池和電機(jī)的功率量。為了得到準(zhǔn)確的功率與時間的動態(tài)特征，可直接采集動力電池的總電壓、總電流以及電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

　　選取的動力電池測試工況是否能代表電池運行的實際情況，主要判斷依據(jù)是電池測試工況的功率分布；其次所選行駛時段的速度分布對電池的充放電深度也有一定的影響。圖1為采集的全部運行數(shù)據(jù)的功率分布和速度分布。

　　公交車為了滿足站與站之間相對穩(wěn)定的乘客數(shù)量和乘客等待時間，車隊規(guī)定車速不超過50km/h，一方面使電池的峰值放電和回饋功率在一定程度上降低，另一方面使電池的充放電持續(xù)時間不同，進(jìn)而充放電深度能夠有所降低。

　　行駛時段特征量的選取

　　動力電池壽命測試用行駛時段特征量的選取主要從以下兩方面考慮：依據(jù)傳統(tǒng)行駛工況提取方法將采集到的運行數(shù)據(jù)分成若干個運行時段，選取怠速、加速、勻速和減速時段的平均功率、功率段的持續(xù)時間、功率分布的標(biāo)準(zhǔn)差以及描述瞬時功率的最大和最小電流等。

　　依據(jù)影響和能夠反映電池動態(tài)特性的特征值，選取平均放電功率、平均回饋功率、消耗電量、放電電流最大變化率、回饋電流最大變化率和放電與回饋電流的平均變化率等。

　　綜合車輛和動力電池性能測試

　　兩方面因素。根據(jù)車輛運行狀態(tài)和相應(yīng)的充放電電流值將動力電池測試工況劃分為1/3C充電、電池靜置或開啟空調(diào)的低電流放電、1/3C放電、2/3C放電和1C放電共5個測試區(qū)間。

　　另外，充放電電流的持續(xù)時間和標(biāo)準(zhǔn)差反映了行駛時段的擁堵或暢通等交通狀況，電流極值和電流變化率體現(xiàn)了測試工況對動力電池性能的需求。每個特征量的值域須根據(jù)車輛的實際運行情況來確定，包括車輛運行的環(huán)境溫度和電池組的老化狀態(tài)。

　　動力電池工況測試

　　利用恒流恒壓充放電循環(huán)(constant current & constant voltage，CCCV)、標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)應(yīng)力測試(dynamic stress test，DST)工況和北京純電動公交車簡化DST工況(BJDST)對360A·h錳酸鋰電池進(jìn)行循環(huán)測試。

　　其中標(biāo)準(zhǔn)DST工況持續(xù)時間360s，最大測試電流設(shè)為300A，每個DST測試序列累積電池容量約3.75A·h；BJDST工況持續(xù)時間900s，最大測試電流也設(shè)為300A，每個BJDST測試序列累積容量約為24.12A·h。由于奧運會純電動公交車運行3年后的平均放電深度約50％，工況測試制度是先采用DST和BJDST由滿電放至SOC為50％處，再以1/3C恒流恒壓充滿，截止電流設(shè)為1/10C，另外每循環(huán)充放50次進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)容量測試。

　　BJDST的工況強(qiáng)度較高，DST的工況強(qiáng)度較低(由于是1996年根據(jù)當(dāng)時電池水平提出)，而1/2C倍率CCCV的測試強(qiáng)度居中。對3種測試方法的容量衰退影響因素進(jìn)行對比，可發(fā)現(xiàn)極化電壓深度與累積充放電總?cè)萘恐苯佑绊憚恿﹄姵氐膲勖?/p>

　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 時瑋 姜久春 等|文

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