混合動(dòng)力汽車電池系統(tǒng)使用壽命的仿真分析

混合動(dòng)力汽車能夠滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。與傳統(tǒng)汽車相比，混合動(dòng)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(duì)環(huán)境溫度十分敏感，若溫度過高則會(huì)加速電池系統(tǒng)的老化，縮短混合動(dòng)力汽車的壽命。而電池系統(tǒng)的二次更換將造成混合動(dòng)力汽車的使用成本增加，若能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池系統(tǒng)使用壽命的仿真分析，則可以在混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)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(duì)于鈍化膜造成的電池系統(tǒng)老化，利用鈍化膜增長(zhǎng)和鋰離子損失機(jī)理進(jìn)行建模，最終得到電池系統(tǒng)內(nèi)阻增長(zhǎng)和容量衰減的預(yù)測(cè)模型。在此模型上，考慮宏觀因素對(duì)電池系統(tǒng)使用壽命的影響。將溫度對(duì)電池系統(tǒng)老化產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析時(shí)，考慮電池使用壽命的衰減是一個(gè)長(zhǎng)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(shí)采用阿倫尼烏斯公式。將電池初始荷電狀態(tài)對(duì)電池系統(tǒng)老化產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析時(shí)，需要借助于統(tǒng)計(jì)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(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，采集伯明翰、馬德里和巴黎這3座城市2013～2014年混合動(dòng)力汽車的行駛數(shù)據(jù)，建立電池系統(tǒng)內(nèi)阻增長(zhǎng)和容量衰減的預(yù)測(cè)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(duì)使用10年的電池系統(tǒng)容量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的誤差低于10%。

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

編譯：王祥