摘 要

电动汽车上的动力电池是主要的动力来源，动力电池的性能优劣决定了电动汽车动力性能的好坏。为了满足电动汽车时刻变化的各种运行工况，需要对电池变功率放电进行研究。本文以三元材料锂离子动力电池作为研究对象，研究了动力电池单体的放电特性。选择容量、能量、电压、电阻等重要性能参数对动力电池进行分析。研究内容主要有以下3个部分。

首先，单体电池恒功率放电特性研究。通过激活电池与电池容量测试，确定此次试验用的动力电池的可用容量满足测试要求，再以不同的功率值对电池进行放电。通过对比各个功率下电池放电容量、放电能量、放电中值电压以及不同功率放电时间，得出了结论：放电功率越大，电池所放出的能量越少，放电中值电压越低，放电所需时间就越短；不同的放电功率对容量的影响较小。

其次，不同SOC点的峰值功率测试。参考美国USABC测试手册中的电池测试标准以及我国电动汽车锂离子蓄电池测试标准，以实验的方法测得了在不同SOC点的电池峰值功率。通过多段式脉冲放电测试，建立指数函数模型。用指数函数模型拟合不同SOC点的峰值功率。

最后，电池变功率放电特性研究。变功率放电以两种方式进行，一种方式是以两个大小不同功率先后放电的两段式变功率放电，另一种方式是参考美国电池测试标准USABC手册进行DST工况测试，对测试数据加以处理和分析，得出结论：电池在放电深度80%以后放电内阻迅速增大。

本文特色：通过试验研究电池峰值功率放电规律，用函数模型对放电峰值功率进行拟合，得到不同SOC点的峰值功率值。以两段式放电的方法，以及DST工况测试的方法研究了动力电池变功率放电的规律。

关键词：动力电池；变功率放电；峰值功率；电池特性

Abstract

Traction battery is the main source of the electric vehicles, traction battery’s performance determines the power performance of electric vehicles. In order to meet the various changes in the operating conditions of electric vehicles, we need to study the battery variable power discharge. In this paper, the ternary material lithium-ion battery as a research object, the study of the power cell discharge characteristics. Select the capacity, voltage and other important performance parameters of the traction battery analysis. The main contents of this paper are as follows.

First, study on constant power discharge characteristics of single cell. By activating the battery and battery capacity test, determine the available capacity of the power battery used in the experiment to meet the test requirements, and then the different power values ​​of the battery discharge. By comparing the discharge capacity of the battery, the discharge energy, the discharge median voltage and the different power discharge time at each power, it is concluded that the larger the discharge power, the less the energy released by the battery, the lower the discharge voltage, the shorter the time; the different discharge power has little effect on the capacity.

Secondly, the peak power test of different SOC points. Reference to the United States USABC test manual in the battery test standards and Chinese electric vehicle lithium-ion battery test standards, the experimental method measured at different SOC point of the battery peak power. The exponential function model is established by multi-stage pulsed discharge test. And the peak power of different SOC points is fitted by exponential function model.

Finally, study on variable power discharge characteristics of battery. Variable power discharge in two ways, one way is two different sizes of different power has two-stage variable power discharge, another way is the reference to the US battery test standard USABC manual DST test, the test data to deal with and analysis, the conclusion: the battery depth of 80% after the discharge resistance increased rapidly.

In this paper, the peak power of different SOC points is obtained by fitting the peak power of the discharge with the function model. The law of variable power discharge of power battery is studied by two-stage discharge method and DST condition test method.

Key words: traction battery; variable power discharge; peak power; battery characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 国内外的电动汽车及动力电池研究现状 1

1.2.1 电动汽车发展现状 1

1.2.2 动力电池的发展现状 2

1.2.3 动力电池放电特性的研究现状 3

1.3 本文研究的主要内容 5

第2章 锂离子动力电池的工作原理及试验规程 7

2.1 锂离子电池的结构和基本原理 7

2.2 试验测试设备与电池参数 8

2.3 锂离子电池相关试验规程 10

2.3.1 电池的预处理试验 10

2.3.2 电池的充电方法 11

2.3.3 电池的可用容量测试 11

2.3.4 恒功率放电试验 11

2.3.5 峰值功率测试 12

2.4 本章小结 12

第3章 单体电池恒功率放电特性研究 13

3.1 恒功率放电介绍 13

3.2 电池的预处理与可用容量 13

3.3 恒功率放电单体电池的性能 14

3.3.1 单个功率下电池放电特性 14

3.3.2 不同功率下电池的放电特性 15

3.4 本章小结 18

第4章 放电峰值功率测试 19

4.1 放电峰值功率的重要参数 19

4.2 参考USABC手册的峰值功率测试 19

4.2.1 USABC的峰值功率测试曲线 19

4.2.2 USABC工况测试峰值功率的计算 21

4.3 参考国标的峰值功率测试 22

4.3.1 参考国标的峰值功率测试步骤 22

4.3.2 参考国标的峰值功率计算 23

4.4 多段式脉冲放电测试 23

4.4.1 多段式脉冲放电测试步骤 23

4.4.2 多段式脉冲放电曲线 24

4.4.3 多段式脉冲放电的电压-电流曲线拟合 25

4.5 不同SOC点峰值功率的拟合 26

4.6 本章小结 28

第5章 电池变功率放电特性研究 29

5.1 两段式变功率放电 29

5.1.1 两段式变功率放电测试步骤 29

5.1.2 两段式变功率放电曲线 29

5.2 DST工况测试 30

5.2.1 DST工况测试的实验步骤 30

5.2.2 DST测试循环的放电曲线 31

5.2.3 电池放电动态电阻及数据处理 33

5.3 本章小结 34

第6章 总结与展望 35

6.1 总结 35

6.2 展望 35

参考文献 36

附录A 38

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景

如今随着中国GDP的快速增长，人们生活水平的提高，人均汽车保有量快速增多，据报道，2016年中国的汽车产销量已经双双超过2800万辆。然而，地球气候变暖、空气污染进一步加重，以及有限的化石燃料，汽车工程师们开始在汽车动力系统领域寻求技术突破。近几年，国家开始大力发展新能源汽车产业，以追赶西方汽车强国的先进技术，进一步发展新能源汽车产业。新能源汽车的发展还缺少上下游相关企业间的合作平台，在政府密集出台一系列新能源产业扶持政策的基础上，我国的新能源汽车呈现出快速发展的态势，基本形成了以纯电动汽车技术作为核心突破口，以混合动力汽车技术作为辅助过渡，同时支持燃料电池技术开发应用的新能源汽车发展规划图。电动汽车有着很好的节能减排效果、较低的使用成本和易于维护等优点，而且国家对生产新能源汽车的生产厂家和消费者进行补贴，新能源汽车比较容易上牌照，这些都使电动汽车开始进入普及使用的初期。电动汽车噪声低，效率高，无污染，操作简单，大、中城市可以发展电动汽车来代替传统汽车，以缓解目前的城市汽车尾气排放问题、汽车噪声问题。

然而，目前电动汽车在使用体验上，依然存在着例如续驶里程不足、动力电池寿命短、安全性有待提高、初期使用成本比较高等问题。所有这些问题都来自于动力电池系统在性能、材料耐久性、安全性能、成本价格上的局限，车用动力电池系统技术已然是电动汽车进一步改造升级的瓶颈^[1]。新能源汽车竞争的核心是“三电”技术，即动力电池技术、驱动电机技术、整车电控技术，三者中最迫切实现的是动力电池技术的突破。目前，动力电池管理系统的发展和动力电池性能提高是电动汽车发展的先决条件，提高电动汽车动力性的控制技术比传统汽车容易实现^[2]。本文将进行实验，以研究动力电池单体的变功率放电特性。

1.2 国内外的电动汽车及动力电池研究现状

1.2.1 电动汽车发展现状

由于环保和驾驶经济性能的突出表现，电动汽车（EV）引起了人们极大的关注，其中具有零排放能力的纯电动车辆（PEV）是城市应用的最合适的候选者^[3]。随着人们越来越重视出行方式的便捷性、交通工具的节能环保，电动汽车在国内外备受欢迎，美国的特斯拉公司生产的models系列、日本丰田公司的普锐斯汽车、中国比亚迪唐、吉利帝豪EV、上汽荣威等电动汽车供不应求。国内近几年刚刚兴起的互联网造车，包括蔚来汽车、乐视汽车等等，以及国内外高科技公司投资开发电动汽车，如谷歌公司开发无人驾驶技术，也是基于电动技术，主打电动汽车的市场，汽车电动化是未来汽车的发展趋势之一。