电动车用动力电池寿命预测及验证分析

叶昌森

（安徽江淮汽车股份有限公司 新能源商用车研究院，安徽 合肥 230601）

1 引言

电池的使用寿命评估较为复杂，需要大型高低温箱、高功率充放电等设备，对动力电池总成进行模拟整车实际工况的试验验证，费用高，耗时长。

本文对市场某系列纯电动车运行电池数据分析，得出电池使用寿命的衰减规律。设计模组温度循环加速试验，用于评估单体循环寿命预测电池使用寿命的准确性，且可获得整车使用寿命容量衰减的数据。测试时间短，测试费用低，对分析整车运行工况，具有较强的参考价值。

本文提供一种测方法去解决动力电池寿命评估时间长和成本高的问题。

2 现有测试方法分析

参考现有循环寿命标准试验方法如：

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 中循环寿命的测试方法为：在25℃下进行工况循环，加上静置时间、容量标定时间，根据测试终止条件的设定，预计测试周期为6-12 个月。该标准方法无温度加速，对日行驶里程（循环次数）和循环工况进行加速。

ISO 16750 中循环寿命的测试方法为：模拟四季温度温度（-30℃―+50℃）下，进行工况循环。该方法可较真实的模拟用户使用环境，需要大型高低温箱对温度进行调节，根据测试终止条件的设定，预计测试周期为8-10 个月。该试验方法需要消耗较多的试验资源，试验成本非常高，难以实现。该标准方法对温度、对日行驶里程（循环次数）和循环工况均进行加速。

基于以上分析，现有标准中的试验方法在一定程度上反应了电池的实际寿命，但是试验周期长，试验成本高，很难按照标准中规定的方法进行试验。本文旨在寻找一种新加速试验的方法，缩短试验时间，降低试验成本，且可以获得准确的电池使用寿命（容量）的新评估方法。

3 示范运行数据分析

通过远程监控下载某电动车电池示范运行4 年的年度容量衰减、行驶里程、温度分布数据，动力电池总成第1、2、3、4 年容量衰减速率为10%：3%：2%：1%，呈现有规律的递减趋势。

根据以上分析得出以下规律：第1 年度容量衰减率=固有衰减率（动力电池总成），电池年固有衰减率包括日历衰减率和循环衰减率的耦合。第2...n 年度容量衰减率=循环衰减率（电池单体）。预测电池的使用寿命（容量），即需要得到电池的年度容量衰减率，需要预测第1 年的固有衰减率和单体的循环寿命容量衰减率。

4 使用寿命预测

纯电动某车电池单体LFP1865140-12.5Ah（A 型），电池厂家通过优化正负极材料、电解液等将容量提升至13.5Ah（B型），A、B 型电池单体的日历、循环寿命试验测试结果相当。A型电池单体经大量试验验证满足整车5 年10 万公里的使用需求，B 型单体应用的车型目前开发时间短，且随着国家新能源相关政策标准的调整，需要在较短的时间验证B 型单体是否满足整车8 年15 万公里的使用需求。

为了验证动力电池总成的（B 型单体）使用寿命，设计模组温度循环试验，得到第一年的年度容量衰减率，并验证第2...n 年度容量衰减率=电池单体循环衰减率的准确性。

4.1 温度分布

参考ISO 16750 等测试标准，循环寿命试验中，温度设置为模拟四季温度变化，可较真实的模拟实际使用温度。

对示范运行车辆年温度分布（充电开始时的温度）数据进行统计分析，如下图所示，年温度分布呈现抛物线型。取Tmax、Tmin 每10 天的平均值，将年温度分布缩短至30 天的平均温度分布。

图1 年度温度分布

图2 30 天温度分布

4.2 试验方法

参考ISO 12405-2、ISO 16750 中循环寿命的标准测试方法，即对温度、对循环次数和循环工况进行加速，以缩短测试时间。

表1 模组测试方法

A、B 型4P6S 模组加速试验设计如下：

根据30 天的平均温度分布值，每日对温度箱进行温度设置，模拟四季温度变化。使用NEDC 工况循环进行加速，每日循环3 次。每循环30 天后，进行容量标定，得到A、B 型4P6S模组的月度容量衰减率，根据示范运行车辆（A 型）的年度衰减率，根据比例即可计算出B 型单体在整车上的年度衰减率。

利用模组4 个月的温度循环数据，即可获得动力电池总成4 年的整车实际使用工况下的容量衰减，且可用于评估单体循环寿命预测的准确性。试验费用低，测试时间短，试验容易开展。

A、B 型4P6S 模组测试方法如表1。

4.3 测试结果与计算

（1）B 型单体在整车上的第1 年的衰减率（记X1）：

α、β 为温度加速因子，由于A、B 型单体为相同材料体系，故α=β。

（2）B 型单体在整车上的第2 年的衰减率（记X1）：

（3）B 型单体在整车上的第3 年的衰减率（记X1）：

5 结论

本文基于市场某纯电动车运行电池数据分析，得出第1年度容量衰减率=固有衰减率（动力电池总成）；第2...n 年度容量衰减率=循环衰减率（电池单体）的规律。设计模组NEDC工况下的温度循环加速寿命试验，获得第一年的年度容量衰减率，并验证第2...n 年度容量衰减率=电池单体循环衰减率的准确性。设测试时间短，测试费用低，准确性高，具有较强的参考价值。