CN105842630A - 一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，模拟城市市区条件下电动车的放电模式检测电池的使用寿命。首先对城市道路可能出现的情况建立城市道路运行模式，然后根据预测模型结合电动车自身质量、电压等性能预测电池运行时的各项指标，将预测结果根据事情情况进行进一步的修正，最后得到适合的检测方法。该方法改变了现有的电动车铅酸电池循环寿命检测方法，提高了电池寿命检测的准确率。

Description

一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法

技术领域

本发明涉及电池寿命检测领域，尤其是涉及一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法。

背景技术

铅酸蓄电池自1859年由普兰特发明以来，至今已有150多年的历史，技术十分成熟，是全球上使用最广泛的化学电源。尽管近年来镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等新型电池相继问世并得以应用，但铅酸蓄电池仍然凭借大电流放电性能强、电压特性平稳、温度适用范围广、单体电池容量大、能充放电数百个循环、贮存性能好(尤其适于干式荷电贮存)、安全性高和原材料丰富且可再生利用、价格低廉等一系列优势，在绝大多数传统领域和一些新兴的应用领域，占据着牢固的地位。

目前铅酸蓄电池循环寿命检测采用的是恒流放电的方法，即采用恒流放电的方式模拟电池的使用情况，但是铅酸蓄电池在城市道路使用过程中不可避免的会出现加速、行驶途中暂停、重新启动等各种非恒流放电的情况，因此采用恒流放电的方式模拟测试电池的使用寿命会存在较大的误差。同时，在启动加速过程中的大电流放电会对电池的性能造成巨大的影响严重影响电池的寿命，在电池正常的使用过程中功率能更准确的反应电池的使用状态。

发明内容

本发明提供了一种以电池使用过程中的功率为依据，结合多种电动车实际运行情况而制定的电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，包括以下步骤：

a)调查城市道路情况，设定模拟检测时的城市道路行驶模型；

b)调查检测用电动车的情况，确定检测时所用电池的技术指标；

c)确定检测程序；

d)模拟检测；

e)通过模拟测试过程中电池的循环次数确定电池的循环寿命。

其中，检测具体程序通过计算测试过程中电动车的功率决定，设定P(t)＝F(t)×V(t)，其中V(t)＝a tanh(bt)。

其中公式推导如下：

考虑车辆滚动力学的车速时间曲线方程可写成，

V(t)＝a tanh(bt)，m/s (1)

其中a(m/s)和b(s^-1)是待定常数，且有v(0)＝0。按关系式v(t)＝ds(t)/dt，就可给出行驶时间T和行驶距离S的计算式，即定积分式(1)得

$S=\frac{a}{b}ln\[\cosh \left(\begin{array}{cc}b& T\end{array}\right)\],m---\left(2\right)$

在已知V(t)下，整理式(1)，且注意dtanh(x)/dx＝1/cosh²(x)的关系，给出计算牵引力时间曲线F(t)的式(3)

$F\left(t\right)=\frac{K_1}{{\cosh }^2\left(bt\right)}+K_2+K_3{V}^2\left(t\right),N---\left(3\right)$

作为优选，步骤a中根据现有城市道路中存在的匀速行驶、加速行驶、爬坡和停止等情况设定模拟检测时的城市道路行驶模型。

作为优选，步骤b中根据电动车自身的载人/货时总质量、电动车所采用电池的电压和电动车所用导线能承载的最大电流等确定检测时所用电池的技术指标。

作为优选，参数b与加速时间t₁之间的函数关系为其中为常数。

a是个与电动车运行时的车速有关的待定常量，

作为优选，F(t)的函数关系式中，K₁、K₂、K₃与电动车总质量M的关系为：

K₁＝Mab；

K₂＝Mgf₁(a)；

K₃＝Mgf₂(b)+ξ；

其中，f₁(a)为参数K₂与a之间的函数关系，f₂(b)为参数K₃与b之间的函数关系，ξ为实际运行时的风阻修正函数。

ξ是一个修正参数，是在实际运行时存在风时导致增加的阻力或者推力而进行的一个修正，是空气密度，空气阻力系数和车头迎风面积的综合结果，在实验室中这个数值是无意义的，但是在实际使用中需加入这个参数。

其中K₁、K₂、K₃与电动车总质量M的具体关系如下：

K₁＝Mab (4)

K₂＝Mg(C₀cosβ+sinβ) (5)

$K_3={\mathrm{MgC}}_{1}cos\mathrm{\β}+\frac{{\mathrm{\ρC}}_{D}A}{2}---\left(6\right)$

其中，ρ—空气密度，kg/m³，一般取值1.17kg/m³(25℃,1atm)；

C_D—空气阻力系数，无量纲，0.2～0.4；

A—车头迎风面积，m²，一般轿车约2.1m²。

作为优选，模拟测试中，电池放电过程中电压电流与功率之间的关系函数为：

P(t)＝UI+f₄(σ)；

其中，f₄(σ)为综合考虑温度和电池损耗后制定的修正函数。

考虑到实际使用过程中电池的性能受温度的影响可能会与实际测定值有一定出入，因此用f₄(σ)做相应地修正。

作为优选，模拟测试过程中，电池的放电终止电压为初始电压的75％～85％。虽然采用能量作为判断测试终止的更加合理，但是由于采用剩余能量无法进行准确的判断循环测试终点。

因此，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明考虑了电动车放电过程中出现的大电流放电、恒定电流放电、暂停、加速启动等状况，更接近实际结果，能更准确的预测电池寿命；

(2)本发明通过电池的功率设定程序，更符合电池使用的实际情况；

(3)本发明考虑电池使用过程中温度及其他损耗因子的影响，能更准确的预测电池寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

首先选取电动车的种类，本实施案例选择城市道路用物流车，采用实验室温度为25℃进行模拟。目前城市道路用物流车设定其载物载人后总的重量为1.2吨，所用电池组为72V，200Ah。

根据城市道路模型，确定其运行过程中存在静置，加速，等速这些过程，根据加速时间长短确定其放电模式如表1所示。

根据是上述放电模式，将数据代入P(t)＝F(t)×V(t)，其中V(t)＝a tanh(bt)，K₁＝Mab，K₂＝Mgf₁(a)，K₃＝Mgf₂(b)+ξ，P(t)＝UI+f₄(σ)中，得到如表1所述的工况模式，及其相对应的功率。

表1：测试中电动车一个测试小循环的工况模式及其相应的功率。

根据上述参数计算可得需要进行200次如表1所述的测试小循环才能使电池电压达到终止电压，电池电压达到终止电压即完成1个大循环。当循环后期电池循环结束放出能量低于初始能量的75％时则循环终止，整个过程中的大循环次数则为该电池的循环寿命。

Claims (7)

1.一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于包括以下步骤：

a)调查城市道路情况，设定模拟检测时的城市道路行驶模型；

b)调查检测用电动车的情况，确定检测时所用电池的技术指标；

c)确定检测程序；

d)模拟检测；

e)通过模拟测试过程中电池的循环次数确定电池的循环寿命。

其中，检测具体程序通过计算测试过程中电动车的功率决定，设定P(t)＝F(t)×V(t)，其中V(t)＝a tanh(bt)。

2.根据权利要求1所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述步骤a中根据现有城市道路中存在的匀速行驶、加速行驶、爬坡和停止等情况设定模拟检测时的城市道路行驶模型。

3.根据权利要求1所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述步骤b中根据电动车自身的载人/货时总质量、电动车所采用电池的电压和电动车所用导线能承载的最大电流等确定检测时所用电池的技术指标。

4.根据权利要求1所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述参数b与加速时间t₁之间的函数关系为其中φ为常数。

5.根据权利要求1所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述F(t)的函数关系式中，K₁、K₂、K₃与电动车总质量M的关系为：

K₁＝Mab；

K₂＝Mgf₁(a)；

K₃＝Mgf₂(b)+ξ；

其中，f₁(a)为参数K₂与a之间的函数关系，f₂(b)为参数K₃与b之间的函数关系，ξ为实际运行时的风阻修正函数。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述模拟测试中，电池放电过程中电压电流与功率之间的关系函数为：

P(t)＝UI+f₄(σ)；

其中，f₄(σ)为综合考虑温度和电池损耗后制定的修正函数。

7.根据权利要求1所述的一种电动车用铅酸电池城市工况寿命检测制定方法，其特征在于：所述模拟测试过程中，电池的放电终止电压为初始电压的75％～85％。