roadhawk蓄电池48 V微混动力系统磷酸铁锂电池组寿命试验
随着年代进步，国家对油耗和排放要求越来越严厉，传统燃油发动机的车辆很难满意越来越严厉的油耗以及排放规范［1-2］。48 V微混动力体系是加装在传统燃油车上带有皮带驱动启动发电机（BSG）电机的微混合动力体系，是一种下降传统燃油车油耗的节能技能［3-4］；48 V微混动力体系可实现能量收回使用、发动机高转速启停、加快以及上坡助力等功能，提高传统发动机的功率，据文献［5］研讨，48 V微混动力体系能够下降整车油耗10%~15%，作用显着。
48 V电池组是48 V微混动力体系中的关键零部件，其功能和寿数直接影响整个体系的功能和寿数。想要进一步研讨和掌握48 V微混动力体系技能，需要研讨透彻作为根底部件的48 V电池组的功能及寿数。
本文作者选用37 Ah大功率磷酸铁锂软包电芯拼装成电池组，作为48 V微混动力体系电池包，经过基本参数测验，研讨48 V电池组的根底功能；再经过含加快老化环节的世界轻型轿车测验规程（WLTP）工况循环测验［6］，研讨48 V电池组在实践微混动力体系中寿数衰减状况。研讨成果可为相关从业人员供给参阅。
1 试验部分
1.1 电池组选配和拼装
选择尺度为322.0 mm（长）×145.0 mm（宽）×11.2 mm（厚）的高倍率磷酸铁锂软包电芯（杭州生产）作为48 V电池组的单体，电芯额外电压为3.2 V，额外容量为37 Ah，经过1并15串的衔接方式，拼装成额外电压为48 V，额外容量为37 Ah的电池组总成，电池组总成尺度为429.0 mm×174.0 mm×189.0 mm。
1.2 WLTP工况转化测验
WLTP工况是能够依据各国的交通状况，反映出驾驶员的实践驾驶状况的全球轻型车测验规程［6-7］。由于整车零部件的寿数研讨很多时分无法用整车测验去评估，零部件供货商往往只能经过单件测验或许仿真来做零部件寿数评估。
研讨48 V微混动力体系电池组WLTP工况寿数，首先要得到单个电池组在微混动力体系中的功率输入与输出曲线。经过整车的WLTP路况测验，记载48 V电池组在整车WLTP工况下的动力输出与输入数据，然后得到转化过的电池组的48 V微混动力体系功率参数。随后即可对48 V电池组进行单独的工况寿数测验。选用模拟方法，无需搭载整车即可获得相关数据，节省了开发本钱和时刻。
1.3 电池组基本参数测验
选用CE-7004-120V400A-R28GC电池测验体系（广州产），对拼装好的48 V微混动力电池组进行容量测验、直流阻抗（DCR）测验，研讨基本功能。随后再进行WLTP工况下的寿数循环测验，研讨48 V电池组在WLTP工况下的寿数衰减状况。
1.3.1 容量测验
将测验温箱调整至25 ℃，衔接充放电电线束至电池组，在25 ℃环境下，以1.0 C倍率恒流充电至52.0 V，再以0.5 C倍率恒流充电至54.0 V，单体电压维护上限为3.7 V，搁置30 min；放电阶段，以1.0 C倍率放电至28.0 V，单体电压维护下限为2.0 V，搁置30 min。充放电循环3次，得到容量数据。
1.3.2 直流内阻（DCR）测验
设置温箱温度为25 ℃，衔接充放电线束至电池组，将电池组保存在温箱中1 h，或许检测到电芯温度到达温箱设置温度要求，即可开始测验。在设定温度下分别将电池组的SOC调整至25%、50%和85%，调整后静置30 min，保证电池组电压渠道安稳不变后，用200 A电流对电池组进行10 s放电测验，记载放电前后电压改变，DCR数值由式（1）计算得到［8］：
| R=ΔUI | （1） |
式（1）中：R为电池组直流电阻；ΔU为电压差值，其值为电池组进行200 A恒流放电前的开路电压与200 A恒流放电10 s结束时的开路电压差值；I为放电电流，即200 A。
在不同SOC下进行此测验，即可得到不同SOC电池的放电DCR。
充电DCR测验流程大体相同，区别在于：在设定温度下分别将电池组的SOC调整至25%、50%和85%，调整后静置30 min，保证电池组电压渠道安稳不变后，用200 A电流对电池组进行10 s充电测验，记载放电前后电压改变。式（1）中，ΔU为电压差值，其值为电池组进行充电前的开路电压与200 A恒流充电10 s结束时的开路电压的差值；I为充电电流。
1.3.3 WLTP寿数循环测验
依据研讨文献［9-10］，高温（如50 ℃）环境会加快电芯老化，缩短电芯寿数；参阅电芯的老化测验，将温箱温度设置为50 ℃，在此温度下进行WLTP工况测验，以实现加快老化的测验作用。
测验过程中，当电池组SOC低于20%时，需要及时补电至85% SOC，避免循环测验过程中呈现电池组过放的状况，影响寿数测验。单体电压维护上限为3.7 V，维护下限为2.0 V。每循环1 200次，进行常温容量和常温（50% SOC）充放电DCR测验，并记载数据。一共进行14 400次循环，共记载12组数据。经过记载的数据研讨电池组的寿数改变状况。
2 成果与讨论
2.1 WLTP工况转换测验成果
整车进行WLTP工况路试时记载的微混动力体系电池组的功率输出与输入数据见图1，即为48 V微混动力体系电池组的WLTP工况单个循环数据，可为相关研讨供给参阅。
图1 48 V微混动力体系在WLTP工况下的功率数据
Fig.1 Power data of 48 V mild hybrid system under world light vehicle test procedure（WLTP） workload
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将整车WLTP工况转化为微混动力体系电池组功率工况，发现电池组在单个循环中，充电容量和放电容量分别为2 244 Ah和5 763 Ah，微混动力体系电池组能量收回率到达38.9%，节能作用显着。
2.2 容量测验成果
规划电池组在25 ℃下的1.0 C充放电容量曲线见图2，充放电容量测验成果见表1。
图2 电池的1.0 C充放电容量曲线
Fig.2 Charge-discharge capacity curve battery at 1.0 C
下载: 原图 | 高精图 | 低精图表1 充放电容量测验成果
Table 1 Result of charge and discharge capacity test
| 循环次数 | 充电容量/Ah | 放电容量/Ah |
|---|---|---|
| 1 | 40.34 | 37.55 |
| 2 | 40.37 | 37.57 |
| 3 | 40.35 | 37.40 |
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从图2和表1可知，由37 Ah软包磷酸铁锂电芯组成的48 V电池组，在充放电电压渠道安稳区，契合48 V电池组的规划要求。
所规划电池组在3次充放电容量测验中，容量数据均在37 Ah以上，契合容量规划要求，为进一步研讨规划电池组供给了参数根底。
2.3 DCR测验成果
在环境温度为25 ℃、SOC为50%的条件下，以200 Ah电流对规划电池组进行脉冲放电，得到的电压和电流曲线如图3所示。
图3 DCR测验曲线
Fig.3 Directive current resistance（DCR） test curve
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经过计算得到规划电池组的放电DCR内阻为11.540 mΩ。调整SOC后，测得25% SOC和85% SOC下电池组的DCR值分别为11.502 mΩ和12.201 mΩ，成果见表2。
表2 不同SOC下电池在25 ℃时的DCR值Table 2 DCR value of battery with different state of charge（SOC） at 25℃
| 工况 | 25%SOC下的DCR/mΩ | 50%SOC下的DCR/mΩ | 85%SOC下的DCR/mΩ |
|---|---|---|---|
| 充电 | 10.531 | 10.570 | 12.120 |
| 放电 | 11.502 | 11.540 | 12.201 |
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从表2可知，随着SOC的增加，电池组的内阻值也随之增加，契合磷酸铁锂电芯的DCR改变规律。
2.4 寿数循环测验成果
电池组在加快老化环境下的WLTP工况下，测验得到的常温容量和常温DCR数据见图4、5，其间DCR数据均在SOC为50%时测得。
图4 WLTP工况循环电池组DCR改变曲线
Fig.4 DCR data change curve during WLTP load test
下载: 原图 | 高精图 | 低精图图5 WLTP工况循环电池组容量改变曲线
Fig.5 Capacity data change curve during WLTP load test
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依据WLTP工况测验方案可知［6］，一次WLTP循环工况对应的行进路程为23.25 km，因而，完结14 400次循环相当于整车行进了33.48万km；目前，国内外对于轿车电池寿数判定以为，容量范围在80%以上的归于规划范围内［11］，整车寿数一般不超过10 a 30万km［12］；规划电池组在48 V微混动力体系中能够满意现有车辆的规划路程要求。并且试验是在50 ℃环境下进行的，环境具有加快老化电池的作用，所以实践使用中，电池组的寿数会大于测验寿数，能够满意市场上整车质保路程的要求。
从图4和图5可知，经过14 400次的循环后，电池组的容量衰减至初始值的89.6%，放电DCR增加了5.2%，容量还大于80%，处于寿数范围内，还能够继续使用。电池组在WLTP工况下的循环寿数测验成果表明，所规划的电池组能够满意整车要求。
3 定论
本文作者用37 Ah高倍率磷酸铁锂软包电芯作为48 V微混动力体系基本单元，经过15只电芯串联，规划得到了电压为48 V，容量37 Ah的微混动力体系电池组。
经过记载规划电池组在整车端WLTP工况测验时对应功率数据，得到48 V电池组在微混整车中的WLTP工况功率数据；对数据进行剖析发现，电池组在单个WLTP循环过充中，能量收回率到达38.9%，节能作用显着。
经过对规划电池组的基本参数测验，包含容量测量、DCR测验，得到了48 V电池组的基本参数，为当时研讨和后续进一步研讨供给了容量、DCR数据支撑。
经过加快老化的WLTP工况测验，得到48 V电池组的老化数据；从数据成果能够看出，规划电池组完结了14 400次的WLTP加快老化工况循环，相当于整车归纳路程33.48万km，满意整车规划寿数要求；剖析老化数据，到测验结束时，48 V电池组容量衰减了10.4%，DCR增加5.2%；到测验结束时，电池组依旧还在规划寿数范围内。归纳来看，所规划的48 V电池组能够满意整车规划要求。
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