混合動力汽車電池系統(tǒng)使用壽命的仿真分析

混合動力汽車電池系統(tǒng)使用壽命的仿真分析

混合動力汽車能夠滿足日益嚴格的排放法規(guī)要求。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動力汽車集成了更多的電氣系統(tǒng)。這些電氣系統(tǒng)，尤其是電池系統(tǒng)對環(huán)境溫度十分敏感，若溫度過高則會加速電池系統(tǒng)的老化，縮短混合動力汽車的壽命。而電池系統(tǒng)的二次更換將造成混合動力汽車的使用成本增加，若能實現(xiàn)對電池系統(tǒng)使用壽命的仿真分析，則可以在混合動力汽車設(shè)計時提高電池系統(tǒng)的使用壽命。

電池系統(tǒng)老化的主要原因在于電池電極與電解液的接觸面會形成電阻較大的鈍化膜。在宏觀上，電池系統(tǒng)的老化還受溫度和電池初始荷電狀態(tài)的影響。對于鈍化膜造成的電池系統(tǒng)老化，利用鈍化膜增長和鋰離子損失機理進行建模，最終得到電池系統(tǒng)內(nèi)阻增長和容量衰減的預測模型。在此模型上，考慮宏觀因素對電池系統(tǒng)使用壽命的影響。將溫度對電池系統(tǒng)老化產(chǎn)生的影響進行分析時，考慮電池使用壽命的衰減是一個長期變化的過程，因而將溫度產(chǎn)生的影響轉(zhuǎn)化成加速因子，轉(zhuǎn)化時采用阿倫尼烏斯公式。將電池初始荷電狀態(tài)對電池系統(tǒng)老化產(chǎn)生的影響進行分析時，需要借助于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將電池初始荷電狀態(tài)作為唯一變量，建立其與電池系統(tǒng)內(nèi)阻之間的關(guān)系。對該方法進行驗證時，采集伯明翰、馬德里和巴黎這3座城市2013～2014年混合動力汽車的行駛數(shù)據(jù)，建立電池系統(tǒng)內(nèi)阻增長和容量衰減的預測模型、溫度轉(zhuǎn)化后的加速因子以及電池初始荷電狀態(tài)與電池系統(tǒng)內(nèi)阻之間的關(guān)系。對使用10年的電池系統(tǒng)容量進行預測，預測結(jié)果與實際結(jié)果的誤差低于10%。

Armin Traussnig et al.SAE 2016-01-0201.

編譯：王祥