純電動汽車的主要能量來源為動力電池系統，其性能直接影響整車的經濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統燃油汽車最大的差別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統(BMS)的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的使用率，防止電池出現過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的運作狀态，有效預防電池組自燃，實作突發事件預警，為保障安全赢得時間。
筆者在梳理電池管理系統開發過程中的關鍵技術，為動力電池管理系統設計，測試生産提供理論基礎。計劃分為5個篇章（如下）來整理電池管理系統的開發中關鍵技術，今天首先聊一下第一篇章：動力電池試驗研究。
首先需要明确的，電池管理系統的對象是電池，電池的最小組單元是電芯。電芯是由複雜的化學物質構成，在電芯充放電過程中會發生電化學反應。管理電池最底層基礎是建立準确的锂離子動力電池模型并準确估計其狀态，要擷取以上資訊，需要開展相關電池測試試驗研究來擷取大量有用的測試資料。
（1）動力電池的工作原理
锂離子電池（Lithium-ion battery）是一種可循環充電電池，它主要依靠锂離子在正極和負極之間移動來工作。锂離子電池使用一個嵌入的锂化合物作為一個電極材料。目前用作锂離子電池的正極材料主要常見的有：锂钴氧化物（LiCoO2）、錳酸锂（LiMn2O4）、鎳酸锂（LiNiO2）及磷酸锂鐵（LiFePO4）
▲圖1-锂電池六大要素
（2）動力電池關鍵名額分析
動力電池核心名額包含電池電動勢，電池端電壓，電池内阻，電池的容量，電池狀态估計。
1）電池電動勢是指理論計算值，往往大于電池端電壓。
2）電池内阻對電池影響非常大，電池内阻包含歐姆内阻和極化内阻。極化内阻包含電化學極化和濃差極化。電化學極化由電極表面電化學反應的遲緩性造成，随着電流變小而顯著降低。濃差極化：在電池充放電過程中，由于電解液中離子擴散的遲緩性使得電極表面與電解液本體産生濃度差而造成。這種極化随着電流下降，濃差極化内阻也随之下降，但持續時間在幾秒到幾十秒。
3）電池容量表示在一定的放電倍率、環境溫度、終止電壓等條件下從電池獲得的電量，即電池的容量，
4）電池狀态，荷電狀态（SOC）目前使用最為廣泛的 SOC 定義是由美國先進電池聯合會（USABC）提出的，即電池在一定的放電倍率下，剩餘電量與相同條件下額定容量的比值。
（3）搭建動力電池測試系統
為擷取底層電芯的資料，需要搭建相關測試系統，通常包括如下
▲圖2-電池測試平台裝置布置圖
擷取锂電池的基礎資料需要開展锂電池的恒流、恒壓、恒功率充放電、脈沖充放電及各種城市道路循環工況試驗研究，為保證試驗的安全和電池安全，需要提取設定重要參數包括
最大電流、最小電流、充放電截止電壓、最大容量、溫度範圍等。尤其是電池溫度，對電池性能影響較大，是以高低溫試驗箱是電池測試系統最重要的裝置。
（4）開展動力電池性能測試與研究
為了對锂離子動力電池産生足夠豐富的激勵地，通常需要設計一套綜合
的測試程式。如圖3 整個測試由7個實驗子程式組成。
▲圖3-電池性能測試的7個子測試
針對新的電池測試首先要完成一次電池激活過程，一般設定溫度 25℃，完成 2-3 次标準充放電過程。
（5） 動力電池實際容量的影響因素
複雜、多變、非線性是锂離子電池的實際容量的特點，其受使用過程中放電倍率、溫度、終止電壓、循環次數等因素的影響。對于多次循環充放電使用後的電池，其實際容量要小于額定容量。
▲圖4-動力電池實際容量影響因素
總結：
根據目前行業發展，锂離子電池與其他類型電池相比的優勢明顯。
建構了電池單體及電池組的測試平台，基于不同的測試對電池進行特性試驗，通過分析充放電倍率對電池極化特性的影響，對于改進的電池複合脈沖實驗及動态工況擷取方法，為後期的電池模型參數辨識及驗證提供重要支撐。同時在實際容量評估中需要分析電池容量與充放電倍率、溫度、循環次數和老化的關系，開展以上基礎性研究對于電池管理系統的設計開發至關重要。
作者介紹：堅果
豪華車企的進階工程師，從發動機測試轉入電池測試。
目前專注于電池測試技術研究，
希望與大家一起“電動化，向未來”！