[发明专利]基于电池动态老化模型快速模拟动力电池老化过程的方法

说明书

本发明公开了一种基于电池动态老化模型快速模拟动力电池老化过程的方法，把电池老化描述为日历老化和循环老化两种过程，并分别建立电池的日历老化模型和循环老化模型，这两种模型以动力电池工作的电流和环境温度为输入，输出动力电池容量的衰减值；最后，以电池工作电流的大小为转换条件，把这两种模型统一于电池的动态老化模型，在计算机环境下搭建该电池动态老化模型，基于该模型可以计算动力电池在不同工作电流和环境温度下其容量衰减值，快速模拟了在不同工作环境和车辆工况下动力电池的老化过程。本发明可以计算动力电池在不同工作电流和环境温度下其容量衰减值，快速模拟了在不同工作环境和车辆工况下动力电池的老化过程。

技术领域

本发明属于动力电池的技术领域，具体涉及一种基于电池动态老化模型快速模拟动力电池老化过程的方法。

背景技术

动力电池的老化问题贯穿于电动汽车整个使用与维护过程，动力电池使用过程中，电动汽车运行的环境、行驶的工况以及电池的充电方案等因素都会对电池的容量衰减产生影响。但是由于缺少反映这些影响因素与电池的衰减容量之间数学模型，导致研究这些影响因素对动力电池寿命的影响，仍依赖实车进行试验验证，验证周期长且成本较高。

现有的电池老化模型可以分为机理模型和经验模型。一般而言，电池老化的机理模型是利用电池实际物理过程的反应动力学方程来描述电池的老化机理。不同类型的动力电池需要考虑不同的电池老化机理的影响因素，因此机理模型不具备通用性，而且电池老化机理模型中的相关物理参数变化情况在实际情况下难以直接测得，模型参数辨识难度高。经验模型则是通过化学反应动力学中的阿伦尼乌斯(Arrhenius)公式来拟合电池容量随时间的变化关系。为了考虑实际情况下各种电池老化的影响因素，可以在阿伦尼乌斯公式中加入各类相应的修正项，例如，环境温度T以及充放电电流倍率Crate等，通过对试验曲线拟合的方式确定阿伦尼乌斯公式中的参数。该类模型是基于大量的电池充放电试验过程中相关数据经过数理统计分析而得到，因此该类模型可以用来分析多种类型电池的老化情况。但是这些经验模型都是通过拟合电池经过一段较长时间的连续充放电操作或者长时间连续静置后，电池的容量与时间关系，与实际动力电池使用过程充放电和静置交替进行的情况有很大的出入，导致该类模型拟合电池老化过程的精度较低。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电池动态老化模型快速模拟动力电池老化过程的方法，可以计算动力电池在不同工作电流和环境温度下其容量衰减值，快速模拟了在不同工作环境和车辆工况下动力电池的老化过程。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于电池动态老化模型快速模拟动力电池老化过程的方法，包括下述步骤：

(1)分别搭建动力电池的日历老化模型和循环老化模型；

所述日历老化模型的表达式为：

式中，表示日历老化过程中电池的容量衰减率；f_cal(SOC)是一个指前因子，其值取决于SOC值；Ea_cal为活化能值；R是摩尔气体常数；T是绝对温度；z_cal是一个无量纲的常数；

所述循环老化模型的表达式为：

式中，表示循环老化过程中电池的容量衰减率；f_cyc(I)是一个指前因子，其值取决于流经电池的I值；Ea_cyc称为活化能值；β称为电池老化加速系数；其值取决于充放电电流倍率C_rate；R是摩尔气体常数；T是绝对温度；z_cyc是一个无量纲的常数；

(2)分别开展不同环境温度、初始电池SOC值以及充放电电流倍率的该型锂离子动力电池的日历老化试验和循环老化试验，提取试验数据，并完成动力电池的日历老化模型和循环老化模型参数的辨识；