动力电池寿命研究及其在增程式电动车控制中的应用

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随着我国汽车产销量的不断增加,能源与环境问题变得日益严峻,新能源汽车已经成为驱动我国汽车产业的重要方向。选择以纯电动汽车作为新能源车的突破口,却受动力电池成本、能量密度、寿命等因素的制约而难以全面推广。就现阶段而言,发展增程式电动车是向纯电动汽车过渡的重要方向。增程式电动车主要的电量来源于动力电池,电池的寿命特性关系到车辆的成本和使用,为此本文在充分研究动力电池寿命衰退的基础上,制定了增程式电动车Blended控制策略,实现降低电池容量衰退速率,延长其使用寿命的目的。主要从以下内容进行研究。1.以磷酸铁锂电池为研究对象,从三个方面对动力电池寿命的衰退进行研究:第一,对锂离子电池寿命的影响因素、衰减机理进行理论分析与总结;第二,制定电池研究对象短期的寿命加速实验并获取实验数据;第三,确定磷酸铁锂电池的基础寿命模型,对基础寿命模型中的参数进行辨识,然后通过短期电池加速寿命实验数据拟合目标电池的特性参数并进行寿命模型的验证,进而确定目标电池的寿命衰退模型。2.根据增程式电动车动力系统结构以及性能指标,对车辆动力部件进行参数匹配与选型,主要确定动力电池组和辅助动力单元(APU)这两个车载电源的参数,目的是作为动力电池寿命研究在整车控制中应用的目标车辆。3.利用增程式电动车具有双电量源的特点,以改善动力电池使用寿命为目的提出APU补偿动力电池组放电的Blended控制策略,根据整车控制系统的结构制定详细的控制流程。同时,利用Cruise软件搭建整车仿真平台,在MATLAB/Simulink环境下编写控制算法,两者联合仿真验证控制策略的可行性。4.根据不同控制下整车的仿真结果,利用电池寿命模型计算动力电池十年使用周期内的寿命衰退历程。对传统EV+CS控制策略与Blended控制策略下电池寿命的衰退进行对比分析可得:整车在Blended控制策略下运行时,可以有效地降低动力电池的容量衰减,延长其使用寿命;按照初始容量20%的衰减量作为电池寿命终止的限值,可以延长动力电池1.56年的使用年限。进一步考虑电池容量衰减对控制策略的影响,提出门限值动态调整的自适应算法来对Blended控制策略进行改进,仿真计算后可得:改进后的控制策略可以进一步延长了动力电池3.75%的使用寿命。5.统计整车在不同使用周期内的能量消耗,以每日使用成本作为评价指标,对比分析可得:整车使用3年后,Blended控制策略可以降低车辆的每日使用成本,且随着使用时间的增加,这种作用效果更加显著。这主要是因为Blended控制策略对动力电池寿命的改善效果,增加了车辆在使用过程中纯电动驱动的比例。
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