摘要电池温度转折对电池老化和电池本能都有很大影响。明显的温度转折将导致差别的电池举止。这会影响搀杂动力电动汽车（HEV）能量解决计谋的本能。本文探求了电

电池温度转折对电池老化和电池本能都有很大影响。明显的温度转折将导致差别的电池举止。这会影响搀杂动力电动汽车（HEV）能量解决计谋的本能。本文探求了电池温度转折对搀杂动力汽车锂离子电池老化和燃油经济性的影响。本文所探求的能量解决计谋是等效花消最小化计谋（ECMS），这是一种出名的HEV能量解决计谋。所探求的车辆为本田思域搀杂动力车，所探求的电池为BLS LiFePO4 3.2伏100Ah电动车电池。车辆模仿是利用验证的车辆模子实行的，该模子利用了公途和都会行驶轮回的众种组合。探求了电池温度随外部氛围温度的转折。模仿了众个外部氛围温度，每个驾驶轮回组合有六个ECM惩办因子。利用半履历模子勾结累积安培小时含糊量（Ah含糊量）手段评估电池老化。模仿结果供给了闭于温度奈何影响电池容量、电池老化和燃油经济性的主张。作品末了商量了正在差别温度条款下，燃油经济性和电池老化之间的均衡。

用于能量解决的把握计谋，影响搀杂动力汽车的燃油经济性。搀杂动力汽车常用的能量解决有基于礼貌(RBC)、等效燃油花消最小(ECMS)、模子预测(MPC)、动态计议等算法。基于礼貌算法策动速率对照速，较为直观，目前正在搀杂动力汽车上使用对照平凡，不过与基于等效燃油花消最小或者模子预测的算法比拟较，其燃油的经济性较低，于是将动态计议算法和基于礼貌的算法相勾结的算法是令人对照得志的。基于模子的算法其燃油经济性亲热最优。MPC算法需求提前预测需求功率，有很众成分会影响到驾驶员的举止，于是预测需求功率是对照穷苦的。使用动态计议算法可能求得最优的燃油经济性，不过也需求预测另日的需求功率，这对及时把握来说是难以竣工的。等效燃油花消最小算法基于庞特里亚金极小值道理。于是正在工况仍旧明白的条件下，使用等效燃油花消最小算法可能求得最优的燃油经济性。正在现实使用中常利用自适当等效燃油花消最小算法，其最甲等效因子通过估算获得。

正在最初的时期等效燃油花消仅仅思索的是启发机以及电池花消的总能量的最优，然而纵然到达了能量的最优把握，电池的寿命却不妨很短。为了餍足功率需求电池不妨经常的实行充放电，这种举止不妨形成电池寿命的缩短。正在利用等效燃油花消最小算法实行能量把握时，很少思索到电池正在低温条款下的寿命题目。

很众测验注明锂离子电池的本能受温度影响很大。Joris的测验注明锂离子电池的容量正在-20℃时，简略消重了60%，这是因为正在阳极上镀锂，扩大了电荷变化电阻。低温下电池容量的下降限度可用于汽车上的电池的电池电量。别的，低温导致的电池容量消重会导致更众的电池老化。这是由于正在低温下，当电池容量裁汰时，电池荷电状况（SOC）的转折率更高。本文探求了温度转折，独特是正在低温下，对燃油经济性和电池老化的影响。

ECMS本钱函数实用于利用电池功率的惩办。这种惩办也被称为等效因子。可能看出，ECMS是基于庞特里亚金最小道理的。于是，ECMS出现最佳本能，假如等效系数的最优值为已知的和SOC正在充电形式下长远不会到达它的极限。使总油耗最小的最优把握为:

式中, 是燃料质料流率（克/秒），是行驶轮回闭幕时的工夫，u是把握变量，为优化变量，为状况变量。把握题目受到以下管制

依据式（2），把握u属于容许把握空间 U。式（2）包管全部管制，如启发机转速/扭矩限度、电池限度等，都不会被u违反。PD(t) 是驾驶员的需求功率，Pptr(t) 是动力总告捷率 Pbrk(t)是摩擦制动功率。管制条款（3）包管驾驶员的需求功率将由u餍足，于是，能量解决计谋将亲密跟踪参考车速。示意 x1 电池荷电状况，等式（4）示意体系的状况方程。因为高SOC和低SOC会对电池老化出现晦气影响，于是电池的SOC受到限度。

此中λ是ECMS惩办因子，也称为等效因子。假设SOC限度正在等式（5）的鸿沟内，λ的最佳值为常数。正在咱们之前的一篇论文中，咱们仍旧注明了并联HEV λ*（上标*示意最佳值）正在以下鸿沟内：

请防卫，大惩办因子（PF≥4）方向于使车辆仅正在启发机形式下运转，小功率因数（PF=1）方向于使车辆仅正在蓄电池形式下运转。

方程（10）采用半履历法推导。Ea是总活化能，R是通用气体常数，Tcell是以开尔文为单元的温度，Ah是总安时流率，z是功率系数。

依据Joris的测验数据，z的值为常数，温度为15、45和60°C时z为0.56。看待亲热0°C的温度，z为0.77。正在较低温度下，z值较高是因为低温下镀锂出现较高的电荷变化电阻。正在Joris的测验结果中，咱们观望到-20℃时的z扩大到比0℃时的值大1.2倍。依据方程式（11），低于0°C的温度将导致更众的容量亏损和更少的Ah 流率。

正在方程（10）中，B称为指数前因子，是SOC的函数。依据测验数据，通过弧线拟合策动系数B：

式中，方程式（12）中的α、β和z由BLS公司的LiFePO4电池的测验数据确定。Ea 通过下式确定：

Maxime的状况空间模子依据氛围温度、电池电流和电池内阻估算电池单位温度。该状况空间温度预计模子采用热撒播递和等效电阻修模。状况空间模子为：

此中，Tair是外部境况氛围温度，Tcas是电池组外部的外壳温度，Tsens是电池组内部的传感器温度，Tcell是电池单位外部的电池单位温度。正在该电池模子中，假设电池出现的热量正在电池组内匀称散布。方程式（16）中的参数通过以下公式策动：

式中Cv1为电池单体正在恒定体积下的热容；Cv2为电池包内氛围的热容；Cp3是外部氛围的热容。Reff1为电池组内部与电池组外部之间的热阻（由凉气扫过的面积和换热系数策动）；Reff2位于电池组外侧与电池组内侧之间;Reff3位于外部境况和电池组外部之间。

主要性因子被界说为表面表面总电量与现实总电量的比值，此中包括了差别运转负载周期的老化效应。

容量亏损占原始能量20%被以为是电池寿命的终结。这里，原始容量是指差别外部氛围温度下的初始容量。通过成立Qloss%等于20%来策动下面的方程（表面表面总电量），以找到Ah的值。则表面表面总电量Γ为:

此中，SOCnom和Ic, nom是SOC和Ic的标称值。该总电量依据标称SOC和均匀c速度界说:

有用的总电量给出了每个驱动周期的电池寿命本钱。由式(22)中电流的绝对值可知，隐含假设充电和放电对电池老化的影响是相似的。当Aheff到达Γ的代价时，电池被以为是寿命闭幕的。于是，电池的强壮状况(SOH)策动如下:

模仿基于本田搀杂动力车的验证模子和BLS公司的锂离子电池LiFePO4。下表1显示了这些模仿的车辆参数。

Joris中供给了25°C、0°C、-10°C和-20°C温度下的LiFePO4电池测试数据。依据测试数据创修了电池剖面图，所列氛围温度如表1所示。

每种模仿都测试了三品种型的组合驱动轮回(cd)。这些cd是通过按按序增加法式驱动轮回周期来创修的，如下所示:

100 Ah @ 25 °C83.3 Ah @ 0 °C70.8 Ah @ -10 °C61.1 Ah @ -20 °C

这些CD模仿差别类型的平居驾驶举止，运用差别比例的公途、都会或农村驾驶。这种组合驾驶轮回模仿了都会、公途和都会的驾驶举止。图1显示了CD1，它包括了都会和公途的驾驶，以及六种差别惩办成分下的SOC轨迹。

图1正在25°C、0°C、-10°C和-20°C条款下，UDDS HWFET UDDS驾驶轮回以及选定ECMS惩办因子下的电荷状况轨迹

当λ固依时，ECMS成为因果把握器。这是由于没相闭于另日行驶条款的音讯用于估算λ。于是，最终SOC是不行控的。于是，为了对照模仿结果，采用每加仑当量英里数（MPGe）搜检总花消能量，并讲明差别仿真中的最终SOC值。可通过方程式（24）策动MPGe。

图2显示了外部温度差别时电池的强壮状况和MPGe随惩办因子的转折。较低的温度导致电池强壮状况下降和更少的MPGe。电池正在更高的温度下有更大的容量，这答允更小的惩办因子。

图2. 正在25℃、0℃、-10℃和-20℃温度下UDDS HWFET UDDS驾驶轮回以及ECMS中的等效燃油经济性和电池强壮状况随惩办系数从1到4.5时的轨迹

较小的惩办因子会比导致花消的电能比燃油能量大，从而抬高MPGe。图3显示了CD2组合驾驶轮回，此中包含都会和公途驾驶以及选定六个惩办因子的SOC轨迹。

图3. UDDS HWFET US06驾驶轮回，以及温度为25°C、0°C、-10°C和-20°C时差别ECMS惩办因子下的荷电状况轨迹

与CD1比拟，CD2包括更众的公途驾驶音讯而且出现更少的MPGe，同时竣工更好的电池寿命。这是由于正在都会驾驶中，启发机启停和再生制动技能明显抬高了MPGe。但同时，都会驾驶的这些特性需求经常的蓄电池充放电，这会导致更众的蓄电池ah含糊量亏损。当惩办因子大于3时，利用电能会变得腾贵，ECMS往往会利用更众的燃料能量。于是，启发机用于向蓄电池充电至SOC上限，同时启发机也供给推动功率。

对照图2和图4显示，正在低温条款下，较高的等效因子出现更好的MPGe。这是因为温度较高时蓄电池容量较大形成的。较大的蓄电池容量将可以为行驶轮回供给足够的能量。不然，较小的蓄电池容量将需求更众的启发机操作来助助竣工功率需求。

从闭于电池老化的图2和图4可能看出，当惩办因子正在2.3到2.8之间时，老化本钱是一样的。然而，该鸿沟内的MPGe有明显差别。比如，正在图2中，25℃时，MPGe约为100 mpg，惩办系数为2.3。每加仑85英里时，惩办系数为2.8。不过电池SOH正在95.5%到95.6%之间转折（正在这些惩办成分下）。正在图4中，正在-20℃下，当惩办系数约为2.7时，燃油经济性约为63 mpg。然后正在每加仑61英里时，惩办系数约为2.3。但当惩办因子为2.7控制时，电池SOH约为97%。当惩办系数正在2.3控制时，SOH也为97%。当惩办因子处于搀杂区域时，MPGe正在相似温度下独立于SOH。当惩办因子介于2.8和3.3之间时，车辆正在蓄电池SOC管制条款下运转，蓄电池处于从电量耗尽到不断的过渡状况。正在此过渡时候，蓄电池SOC转折更稳定，形成的蓄电池老化损坏更少，蓄电池SOH正在较低温度下火速扩大，但燃油经济性的转折可能无视不计。

图4.UDDS HWFET US06驾驶轮回，正在25℃、0℃、-10℃和-20℃温度下，ECMS中的等效燃油经济性和电池强壮状况轨迹随惩办系数从1到4.5的转折

图5显示了CD3组合驾驶轮回，此中包含都会和公途驾驶以及所选六个惩办因子的SOC轨迹。图6是利用该组合驱动轮回得出的。该组合驱动轮回模仿了都会和公途、然后是农村和公途的组合驾驶举止。

图5. US06 HWFET SC03驾驶轮回，以及温度为25℃、0℃、-10℃和-20℃时差别ECMS惩办因子下的荷电状况轨迹

图6. US06 HWFET SC03驾驶轮回，以及正在25℃、0℃、-10℃和-20℃温度下，ECMS惩办系数从1到4.5时等效燃油经济性和电池强壮状况轨迹

如图1、图3和图5所示，因为初始电池容量的亏损，-20°C下的SOC正在电量耗尽或电量坚持形式下转折更速。当惩办系数为1.1时，车辆处于纯电动汽车形式。于是，SOC比其他驱动形式花消到其下限的速率更速。

当惩办系数为3时，HEV处于搀杂动力形式，启发机运转更众。正在这种情状下，正在高速公途上为电池充电的本钱低于正在都会行驶的本钱。

与CD1和CD2比拟，CD3的燃油经济性最差。这是由于CD3比其他两种驾驶轮回具有更众的公途行驶条款。与CD1和CD2差别，CD3驱动轮回没有经常的车辆启动和干休。这意味着CD3中电池的充放电轮回较少。这即是CD3具有最佳节余利用寿命的情由。

从图2、4和6中可能看出，当惩办因子大于3.5时，较低的温度出现更好的燃油经济性。这是由于裁汰电池需求更少的启发机操作，以充电电池。当惩办系数正在2.8和3.5之间时，全部温度下的燃油经济性险些是一样的。这是由于车辆可能正在这个区域的电池容量限度内运转。当惩办因子正在3.5到4.5之间时，较低的温度出现更好的燃油经济性。这是由于正在较低的温度下，电池充电所需的燃料更少。

正在图2、4和5中，最倒霉的SOH是正在公众半情状下惩办因子的收益率为1.1。这是由于车辆正在纯电动形式下的放电周期大。当电池SOC到达较低管制时，车辆切换到仅引擎形式。这导致了最好的MPGe正在上述模仿中没有最差的SOH。

5. 氛围温度低时，电池容量裁汰会损害电池寿命。但正在氛围温度时，更众的启发机运转将补充电池容量的裁汰，并改观电池的老化。

文献来历: Zhou B , Rezaei A , Burl J . Effect of Battery Temperature on Fuel Eco

nomy and Battery Aging When Using the Equivalent Co

nsumption Minimization Strategy for Hybrid Electric Vehicles[C]// WCX SAE World Co

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