混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混合動力車用電池的性能測試方法，其包括：通過一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等間隔采樣混合動力車的實時車速及其電池的電流數(shù)據(jù)；分別繪制實時車速與電池的電流隨時間的變化曲線；根據(jù)實時車速隨時間的變化曲線選擇實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的電流數(shù)據(jù)，繪制一電流概率密度函數(shù)圖；根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖，篩選出具有“三峰圖”特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到一快速傅里葉變換圖；根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖中的峰值確定測試電流，以及根據(jù)所述快速傅里葉變換圖中的峰值確定測試中充放電轉(zhuǎn)換周期；以及根據(jù)所述測試電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期，設(shè)定混合動力車用動力電池的測試方案，并對混合動力車電池進(jìn)行性能測試。
【專利說明】混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于電池的引入，混合動力汽車具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢。在混合動力汽車工作中，內(nèi)燃機(jī)功率不足時，可由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電。使得作為主要能量源的內(nèi)燃機(jī)或電池工作在最佳效率，從而達(dá)到節(jié)能效果，延長主要能量源的使用壽命。對于混合動力汽車使用的電池，需要進(jìn)行特殊的測試，以保證所使用的電池性能能夠滿足混合動力汽車變載工況的要求，也為混合動力汽車電池管理系統(tǒng)提供設(shè)計算法的依據(jù)。
[0003]由于混合動力車用動力電池或電池組工作在復(fù)雜的變載工況下，承受著頻繁的充放電，目前已有的混合動力車用動力電池的測試方案不能滿足對于混合動力車用動力電池或電池組的測試要求。在PNGV電池測試標(biāo)準(zhǔn)中，HPPC(Hybrid Pulse PowerCharacterization)測試是混合動力車用動力電池或電池組的一種測試方案。盡管HPPC測試中規(guī)定有充放電轉(zhuǎn)換的部分，但是由于充電和放電之間具有I個小時的靜置時間，且充電和放電都只有一次，所以HPPC測試不能夠很好地反應(yīng)混合動力車載條件下電池組的瞬態(tài)充放電工況。HPPC測試主要用于測試電池容量和電池內(nèi)阻，并不是專門用來測試混合動力車用動力電池或電池組的測試方案。日本的混合動力電池或電池組測試標(biāo)準(zhǔn)JEVS-D716包括了較為復(fù)雜的變載工況，該工況主要用于測試混合動力車用動力電池的耐久性，沒有包括其他性能的測試。事實上，JEVS-D716測試變載工況較為復(fù)雜，既不利于實施測試，也不利于從數(shù)據(jù)中分析混合動力車用動力電池或電池組的除壽命變化之外的其他性能。IEC-62660則與JEVS-D716類似，只用于測試混合動力車用動力電池或電池組的耐久性。
[0004]然而，上述三種測試方法均比較復(fù)雜，無法實現(xiàn)對混合動力車在實際工作時，對其動力電池或電池組或電池組的性能進(jìn)行簡單全面的測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法，該方法可以對復(fù)雜工況下的混合動力車用動力電池或電池組的性能進(jìn)行簡單全面的測試。
[0006]本發(fā)明提供一種混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法，其包括以下步驟:
通過一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等間隔采樣混合動力車的實時車速及其電池或電池組的電流數(shù)
據(jù)；
分別繪制實時車速隨時間的變化曲線以及電池或電池組的電流隨時間的變化曲線；根據(jù)實時車速隨時間的變化曲線選擇實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的電流數(shù)據(jù)，并繪制一電流概率密度函數(shù)(Probability Distribution Function,簡稱F1DF)圖；
根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(PDF)，篩選出具有“三峰圖”特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到一快速傅里葉變換圖；根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(PDF)中的峰值確定測試電流，以及根據(jù)所述快速傅里葉變換圖中的峰值確定測試中充放電轉(zhuǎn)換周期；以及根據(jù)所述測試電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期，設(shè)定混合動力車用動力電池或電池組的測試方案，并對混合動力車用動力電池或電池組進(jìn)行性能測試。
[0007]本發(fā)明提供的的混合動力車用動力電池或電池組的測試方法通過首先對混合動力車用動力電池或電池組的實時運行工況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過分析以獲取混合動力車用動力電池或電池組組實際工作時的關(guān)鍵特征工況，例如，充電電流、怠速電流、放電電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期。從而提出合理有效的測試方案，可以在實驗室中對于混合動力車用動力電池或電池組進(jìn)行方便有效的性能測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實施例簡單工況下混合動力車用動力電池或電池組的實時車速隨時間的變化曲線。
[0009]圖2是本發(fā)明實施例簡單工況下混合動力車用動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線。
[0010]圖3是本發(fā)明實施例復(fù)雜工況下混合動力車用動力電池或電池組的實時車速隨時間的變化曲線。
[0011]圖4是本發(fā)明實施例復(fù)雜工況下混合動力車用動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線。
[0012]圖5是本發(fā)明實施例簡單工況下混合動力車用動力電池或電池組電流的概率密度函數(shù)圖。
[0013]圖6是本發(fā)明實施例復(fù)雜工況下混合動力車用動力電池或電池組電流的概率密度函數(shù)圖。
[0014]圖7是圖6概率密度函數(shù)圖的快速傅里葉變換(FFT)圖。
[0015]圖8是本發(fā)明實施例混合動力車用動力電池或電池組測試方法的基本測試循環(huán)。
[0016]圖9是本發(fā)明實施例混合動力車用動力電池或電池組測試方法的完整測試方案。
【具體實施方式】
[0017]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]本發(fā)明提供一種混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法，其包括以下步驟:
S1:通過一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等間隔采樣混合動力車的實時車速及其動力電池或電池組的電流數(shù)據(jù)；
52:分別繪制實時車速隨時間的變化曲線以及動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線；
53:根據(jù)實時車速隨時間的變化曲線選擇實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的電流數(shù)據(jù)，并繪制一電流概率密度函數(shù)(HF)圖； S4:根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(PDF)，篩選出具有“三峰圖”特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到一快速傅里葉變換圖；
S5:根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(HF)中的峰值確定測試電流，以及根據(jù)所述快速傅里葉變換圖中的峰值確定測試中充放電轉(zhuǎn)換周期；以及
S6:根據(jù)所述測試電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期，設(shè)定混合動力車用動力電池或電池組的測試方案，并對混合動力車用動力電池或電池組進(jìn)行性能測試。
[0019]步驟SI中，所述動力電池或電池組的種類不限，可以是現(xiàn)有技術(shù)中的任何電池或電池組。例如:燃料電池,太陽能電池,鋰離子電池,鎳氫電池等。所述電池組中電池的數(shù)量不限。本實施例中，包括8個燃料電池。
[0020]所述“等間隔采樣”指的是采樣點的時間間隔相等。所述采樣點的時間間隔不限，只要能夠保證采樣點的數(shù)據(jù)量足夠大，并且數(shù)據(jù)分析不失真即可。優(yōu)選的，采樣點的時間間隔為0.1秒到2秒，更優(yōu)選的，采樣點的時間間隔為0.1秒到I秒；優(yōu)選的，采樣點的數(shù)據(jù)量大于等于1X103，更優(yōu)選的，采樣點的數(shù)據(jù)量為IXlO3到1X106。上述采樣點的時間間隔及數(shù)據(jù)量更有利于真實地反應(yīng)混合動力車用動力電池或電池組的運行工況。本實施例中，所述數(shù)據(jù)采樣時間間隔為0.1秒，采樣點的數(shù)據(jù)量為36000。
[0021]步驟S2中，根據(jù)步驟SI中等間隔采樣得到的實時車速與動力電池或電池組電流的離散數(shù)據(jù)分別繪制實時車速隨時間的變化曲線以及動力電池或電池組電流隨時間的變化曲線。請參閱圖1到4，圖1和2為實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較大的實時車速及動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線，即簡單工況中的實時車速及動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線；圖3和4為實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小時實時車速及動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線，即，復(fù)雜工況中的實時車速及動力電池或電池組的電流隨時間的變化曲線。
[0022]步驟S3中，請參閱圖5，由于對圖2中實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較大的動力電池或電池組的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行電流概率密度函數(shù)法分析，只能得到以怠速或停車工況為主的“單峰圖”。由于該“單峰圖”不包括充電峰，及放電峰，所以圖5中的“單峰圖”具有較少的進(jìn)一步分析工況特征的價值。故，一般只對車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的動力電池或電池組的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行概率密度函數(shù)(PDF)圖的繪制。優(yōu)選的，所述實時車速為零占相應(yīng)的采集時間的比例范圍為大于O小于等于1/4，更有利于得到特征明顯的“三峰圖”。如果根據(jù)實際情況需要對于車速為零占實車工況比例較大的情況進(jìn)行分析時，應(yīng)當(dāng)截取車速不恒為零的數(shù)據(jù)段進(jìn)行概率密度函數(shù)(HF)圖的繪制。所述概率密度函數(shù)(HF)圖的具體繪制方法可以包括:S31:選取步驟S2中實時車速隨時間變化曲線中實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的數(shù)據(jù)段，并對此數(shù)據(jù)段對應(yīng)的動力電池或電池組電流的離散采樣結(jié)果，繪制電流的概率密度直方圖；以及S32:對所述電流的概率密度直方圖做曲線平滑處理，得到所述電流的概率密度函數(shù)(HF)圖。所述電流的概率密度函數(shù)圖更加直觀，并有利于研究人員通過分析曲線的變化趨勢，研究電池壽命衰減情況。
[0023]步驟S4中，所述“三峰圖”的三個峰分別指充電過程對應(yīng)的峰(充電峰)，放電過程對應(yīng)的峰(放電峰)以及怠速過程對應(yīng)的峰(怠速峰)，可以理解，“三峰圖”中峰的數(shù)量也可以是三個以上，只要能夠保證“三峰圖”中至少包括一個充電峰，一個放電峰和一個怠速峰即可。請參閱圖6，對圖4中實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行概率密度函數(shù)法分析能夠得到充放電峰值特性明顯的“三峰圖”。從圖6中可以看出，所述電池或電池組的電流概率密度函數(shù)圖在-150A、0A和125A附近有三個明顯的峰值，即該混合動力車的電池或電池組的充電峰、怠速峰、放電峰分別為-150A、0A和125A。
[0024]請參閱圖7，圖7為本發(fā)明實施例中對篩選出具有“三峰圖”特征的數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)分析得到的快速傅里葉變換圖。根據(jù)傅里葉變換圖可以得到測試中充放電轉(zhuǎn)換周期。
[0025]步驟S5中，由于不同數(shù)據(jù)段可以得到多個不同的“三峰圖”，該多個不同“三峰圖”得到的測試電流的大小也不同，所以由概率密度函數(shù)(PDF)圖確定的測試電流大小是一個范圍，實際使用時本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要在獲取的范圍之內(nèi)，選取合理的數(shù)值作為對于混合動力車用動力電池或電池組測試的電流。優(yōu)選的，所述合理的數(shù)值為選取所述范圍的中間值作為對于混合動力車用動力電池或電池組測試的電流。本實施例中，通過分析多個數(shù)據(jù)段“三峰圖”中峰值電流的大小，并通過數(shù)理統(tǒng)計可以得到，電流峰的取值范圍為，充電峰(-50~-150)4，怠速峰(-50、)4，放電峰(50~150)么。由于本發(fā)明實施例中動力電池組的容量約為100A h，故，折算測試電流的取值范圍為，充電峰(-0.5'1.5) C，怠速峰(-0.5^0)C，放電峰(0.5^1.5)C。選取中間數(shù)值作為測試電流，本實施例選擇測試電流大小為充電電流-1.0C，怠速電流-0.25C，放電電流1C。
[0026]由于對篩選出的多個不同的“三峰圖”均進(jìn)行快速傅里葉(FFT)變換，所以由快速傅里葉(FFT)變換圖獲得的充放電轉(zhuǎn)換周期也是一個范圍，實際使用時本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要在獲取的范圍之內(nèi)，選取合理的數(shù)值作為對于混合動力車用動力電池或電池組測試的充放電轉(zhuǎn)換周期。本實施例中，通過分析多個快速傅里葉變換(FFT)的結(jié)果，并通過數(shù)理統(tǒng)計得出該混合動力車用電池組充放電轉(zhuǎn)換周期的范圍為(50-150) S。所述充放電轉(zhuǎn)換周期T可以根據(jù)所述采樣頻 率Fs、采樣點數(shù)N以及快速傅里葉(FFT)變換圖最大的峰值對應(yīng)橫坐標(biāo)值X確定。其滿足公式T=N/(Fs X)。請參閱圖7，圖7為一個“三峰圖”的快速傅里葉變換圖，其中，采樣頻率Fs=IOHz,采樣點數(shù)N=36000，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)為a=N/Fs=36000/10=3600o最大的峰值對應(yīng)橫坐標(biāo)值為X=64Hz，對應(yīng)的充放電轉(zhuǎn)換頻率值f=X/a=64/3600=64/3600=0.0178Hz，對應(yīng)的充放電轉(zhuǎn)換周期為T=l/f=56.25s。本實施例中，為了測試方便選取充放電轉(zhuǎn)換周期為60s。
[0027]步驟S6中，根據(jù)步驟S5中已經(jīng)確定的測試電流大小:充電電流為-1.0C，怠速電流為-0.25C，放電電流為1.0C,以及充放電轉(zhuǎn)換周期60s，據(jù)此給出一個混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方案。請參閱圖8，一個基本測試循環(huán)過程包括前期的充分靜置，怠速過程模擬，充放電頻繁轉(zhuǎn)換，怠速過程模擬和再次靜置?？梢岳斫?，每個基本測試循環(huán)過程可以根據(jù)實際需要包括多個充放電過程。一個完整的測試方案可以包括多個所述基本測試循環(huán)過程，其中，相鄰的兩個基本測試循環(huán)之間包括充分的靜置時間。優(yōu)選的，相鄰的基本測試循環(huán)之間的靜置時間為(1-3)h。請參閱圖9，在基本測試循環(huán)開始之前，應(yīng)對動力電池或電池組進(jìn)行合理的荷電狀態(tài)(State of Charge/SOC)調(diào)整，具體地，在測試前，使動力電池或電池組充分充電,然后將每一個電池放電至相同的S0C，在此期間電池管理系統(tǒng)會履行電池的校準(zhǔn)/標(biāo)定，使動力電池或電池組作好測試前的準(zhǔn)備。
[0028]進(jìn)一步地，根據(jù)該性能測試方案對動力電池或電池組進(jìn)行性能測試，記錄測試過程中的動力電池或電池組的電壓、電流等信息，進(jìn)而可以分析動力電池或電池組耐久性、一致性等的變化趨勢，并為混合動力車用動力電池或電池組的電池管理算法提供依據(jù)。
[0029]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，基于實際車載工況，并對于實際車載工況進(jìn)行了合理簡化，保留了車載工況的關(guān)鍵特征，例如，充電電流、怠速電流、放電電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期?？梢栽趯嶒炇抑袑τ谲囉没旌蟿恿﹄姵剡M(jìn)行方便有效的性能測試。
[0030]另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力車用動力電池或電池組的性能測試方法，其包括以下步驟: 通過一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等間隔采樣混合動力車的實時車速及其電池或電池組的電流數(shù)據(jù)； 分別繪制實時車速隨時間的變化曲線以及電池或電池組的電流隨時間的變化曲線； 根據(jù)實時車速隨時間的變化曲線選擇實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的電流數(shù)據(jù)，并繪制一電流概率密度函數(shù)(Probability Distribution Function,簡稱F1DF)圖； 根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(PDF)，篩選出具有“三峰圖”特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)，得到一快速傅里葉變換圖； 根據(jù)所述電流概率密度函數(shù)圖(HF)中的峰值確定測試電流，以及根據(jù)所述快速傅里葉變換圖中的峰值確定測試中充放電轉(zhuǎn)換周期；以及 根據(jù)所述測試電流以及充放電轉(zhuǎn)換周期，設(shè)定混合動力車用動力電池或電池組的測試方案，并對混合動力車用動力電池或電池組進(jìn)行性能測試。
2.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述等間隔采樣的間隔時間為(0.1-2)秒。
3.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述等間隔采樣的采樣點的數(shù)據(jù)量為(IXIO3-1 X 106)。
4.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述實時車速為零占相應(yīng)的采集時間的比例范圍為大于O小于等于1/4。
5.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述電流的概率密度函數(shù)(PDF)圖的繪制進(jìn)一步包括，選取所述實時車速隨時間變化曲線中實時車速為零占相應(yīng)的采集時間比例較小的數(shù)據(jù)段，并對該數(shù)據(jù)段對應(yīng)的動力電池或電池組電流的離散采樣結(jié)果，繪制電流的概率密度直方圖；以及對所述電流的概率密度直方圖做曲線平滑處理，得到所述電流的概率密度函數(shù)(HF)圖。
6.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述“三峰圖”至少包括一個充電峰，一個放電峰和一個怠速峰。
7.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述根據(jù)電流概率密度函數(shù)圖(PDF)中的峰值確定的測試電流為一范圍，選取所述范圍的中間值作為對于混合動力車用動力電池或電池組測試的電流。
8.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述根據(jù)快速傅里葉變換圖中的峰值確定測試中充放電轉(zhuǎn)換周期中，所述充放電轉(zhuǎn)換周期T可以根據(jù)所述采樣頻率Fs、采樣點數(shù)N以及快速傅里葉(FFT)變換圖最大的峰值對應(yīng)橫坐標(biāo)值X確定，其滿足公式T=N/ (Fs X)。
9.如權(quán)利要求1所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述測試方案包括至少一個基本測試循環(huán)過程，所述基本測試循環(huán)過程包括至少一個充放電過程。
10.如權(quán)利要求9所述的混合動力車用電池或電池組的性能測試方法，其特征在于，所述基本測試循環(huán)過程包括前期的充分靜置，怠速過程模擬，充放電頻繁轉(zhuǎn)換，怠速過程模擬和再次靜置。
【文檔編號】G01R31/36GK103605078SQ201310559455
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】馮旭寧, 盧蘭光, 歐陽明高, 李建秋, 何向明, 華劍鋒, 徐梁飛 申請人:清華大學(xué)