電動車用動力電池壽命預測及驗證分析

葉昌森

（安徽江淮汽車股份有限公司 新能源商用車研究院，安徽 合肥 230601）

1 引言

電池的使用壽命評估較為復雜，需要大型高低溫箱、高功率充放電等設備，對動力電池總成進行模擬整車實際工況的試驗驗證，費用高，耗時長。

本文對市場某系列純電動車運行電池數據分析，得出電池使用壽命的衰減規律。設計模組溫度循環加速試驗，用于評估單體循環壽命預測電池使用壽命的準確性，且可獲得整車使用壽命容量衰減的數據。測試時間短，測試費用低，對分析整車運行工況，具有較強的參考價值。

本文提供一種測方法去解決動力電池壽命評估時間長和成本高的問題。

2 現有測試方法分析

參考現有循環壽命標準試驗方法如：

ISO 12405-2:2011；Electrical propelled road vehicles --Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems-- Part2:High energy application.

ISO 16750；Road vehicles -Environmental conditions and electrical testing for electrical testing for electrical and electro -nic equipment；Part 4-Climatic loads.

ISO 12405-2 中循環壽命的測試方法為：在25℃下進行工況循環，加上靜置時間、容量標定時間，根據測試終止條件的設定，預計測試周期為6-12 個月。該標準方法無溫度加速，對日行駛里程（循環次數）和循環工況進行加速。

ISO 16750 中循環壽命的測試方法為：模擬四季溫度溫度（-30℃―+50℃）下，進行工況循環。該方法可較真實的模擬用戶使用環境，需要大型高低溫箱對溫度進行調節，根據測試終止條件的設定，預計測試周期為8-10 個月。該試驗方法需要消耗較多的試驗資源，試驗成本非常高，難以實現。該標準方法對溫度、對日行駛里程（循環次數）和循環工況均進行加速。

基于以上分析，現有標準中的試驗方法在一定程度上反應了電池的實際壽命，但是試驗周期長，試驗成本高，很難按照標準中規定的方法進行試驗。本文旨在尋找一種新加速試驗的方法，縮短試驗時間，降低試驗成本，且可以獲得準確的電池使用壽命（容量）的新評估方法。

3 示范運行數據分析

通過遠程監控下載某電動車電池示范運行4 年的年度容量衰減、行駛里程、溫度分布數據，動力電池總成第1、2、3、4 年容量衰減速率為10%：3%：2%：1%，呈現有規律的遞減趨勢。

根據以上分析得出以下規律：第1 年度容量衰減率=固有衰減率（動力電池總成），電池年固有衰減率包括日歷衰減率和循環衰減率的耦合。第2...n 年度容量衰減率=循環衰減率（電池單體）。預測電池的使用壽命（容量），即需要得到電池的年度容量衰減率，需要預測第1 年的固有衰減率和單體的循環壽命容量衰減率。

4 使用壽命預測

純電動某車電池單體LFP1865140-12.5Ah（A 型），電池廠家通過優化正負極材料、電解液等將容量提升至13.5Ah（B型），A、B 型電池單體的日歷、循環壽命試驗測試結果相當。A型電池單體經大量試驗驗證滿足整車5 年10 萬公里的使用需求，B 型單體應用的車型目前開發時間短，且隨著國家新能源相關政策標準的調整，需要在較短的時間驗證B 型單體是否滿足整車8 年15 萬公里的使用需求。

為了驗證動力電池總成的（B 型單體）使用壽命，設計模組溫度循環試驗，得到第一年的年度容量衰減率，并驗證第2...n 年度容量衰減率=電池單體循環衰減率的準確性。

4.1 溫度分布

參考ISO 16750 等測試標準，循環壽命試驗中，溫度設置為模擬四季溫度變化，可較真實的模擬實際使用溫度。

對示范運行車輛年溫度分布（充電開始時的溫度）數據進行統計分析，如下圖所示，年溫度分布呈現拋物線型。取Tmax、Tmin 每10 天的平均值，將年溫度分布縮短至30 天的平均溫度分布。

圖1 年度溫度分布

圖2 30 天溫度分布

4.2 試驗方法

參考ISO 12405-2、ISO 16750 中循環壽命的標準測試方法，即對溫度、對循環次數和循環工況進行加速，以縮短測試時間。

表1 模組測試方法

A、B 型4P6S 模組加速試驗設計如下：

根據30 天的平均溫度分布值，每日對溫度箱進行溫度設置，模擬四季溫度變化。使用NEDC 工況循環進行加速，每日循環3 次。每循環30 天后，進行容量標定，得到A、B 型4P6S模組的月度容量衰減率，根據示范運行車輛（A 型）的年度衰減率，根據比例即可計算出B 型單體在整車上的年度衰減率。

利用模組4 個月的溫度循環數據，即可獲得動力電池總成4 年的整車實際使用工況下的容量衰減，且可用于評估單體循環壽命預測的準確性。試驗費用低，測試時間短，試驗容易開展。

A、B 型4P6S 模組測試方法如表1。

4.3 測試結果與計算

（1）B 型單體在整車上的第1 年的衰減率（記X1）：

α、β 為溫度加速因子，由于A、B 型單體為相同材料體系，故α=β。

（2）B 型單體在整車上的第2 年的衰減率（記X1）：

（3）B 型單體在整車上的第3 年的衰減率（記X1）：

5 結論

本文基于市場某純電動車運行電池數據分析，得出第1年度容量衰減率=固有衰減率（動力電池總成）；第2...n 年度容量衰減率=循環衰減率（電池單體）的規律。設計模組NEDC工況下的溫度循環加速壽命試驗，獲得第一年的年度容量衰減率，并驗證第2...n 年度容量衰減率=電池單體循環衰減率的準確性。設測試時間短，測試費用低，準確性高，具有較強的參考價值。