一种电动汽车最佳循环圈数的计算方法及应用

1.本方法涉及电动汽车电池的技术领域，具体涉及一种快速计算电动汽车最佳循环圈数的方法。


背景技术：

2.近些年来，随着科学的发展和社会的进步，能源需求不断增长且环境危机日益加剧。以特斯拉等企业生产的新能源汽车开始迅速走入市场。各类不同的电动汽车其性能、功耗等参数都不相同，但是电池续航和使用寿命是最被关心的性能参数。
3.碱金属因其具有极低的氧化还原电位和较高的比容量，更容易满足高能量密度储能器件的要求，从而实现电动汽车更长的续航。然而，碱金属的利用率和电池的循环圈数也能影响汽车的性能。因此计算出电动汽车合适的循环圈数十分重要。
4.对不同的电动汽车最佳循环圈数进行理论计算，有助于了解不同电动汽车的理想性能和实际性能，为设计和选择合适的电动汽车运行方式提供一定的理论参考依据。


技术实现要素：

5.针对背景技术重点问题，本发明的目的在于提供一种快速准确的计算电动汽车最佳循环圈数的方法。
6.一种电动汽车最佳循环圈数的计算方法，包括以下步骤：
7.1)给定里程数，并根据电动汽车类型确定摩擦系数、风阻、电池类型和续航值等参数；
8.2)确定正负极材料，获得正极和负极的充放电电压、比容量、电池平均库伦效率和电极活性材料占比等参数，得出电动汽车最大循环圈数公式；
9.3)将以上数据代入公式，计算获得电动汽车循环圈数公式，将电动汽车最大循环圈数公式和电动汽车循环圈数公式进行函数关联得出最佳循环圈数。
10.步骤1)中所述的电动汽车类型包括但不仅限于特斯拉、比亚迪、丰田等厂家生产的纯电动汽车。
11.步骤1)中所述的摩擦系数是指汽车在行驶过程中车轮与地面之间的摩擦系数，可以为0.2-0.8，优选为0.4-0.6，最优为0.6。
12.步骤1)中所述的风阻是指汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力，可以为0.2-0.8，优选为0.3-0.7，最优为0.4-0.6。
13.步骤1)中所述电池类型主要有三种，常规电池为x类型，富锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极为y类型，贫锂正极匹配过量锂金属或者含储备锂的负极为z类型。
14.步骤1)中所述的电动汽车续航值是指电动汽车电池平均充满一次电后所能跑到的最大里程值。
15.步骤2)中所述的正极、负极比容量为一定电流密度下的比容量。
16.所述的一定电流密度可以为0.1-50c，优选为1-10c，最优选为1c。
17.步骤2)中所述的正极、负极电压为与比容量相同电流密度下的对锂平均电位。
18.步骤2)中所述的电池平均库伦效率为指电池循环一定圈数后平均每圈的放电容量与充电容量之百分比。
19.步骤2)中所述的电极活性材料占比可以为30％-90％，优选为50％-80％，最优选为60％-70％。
20.步骤2)中所述的电动汽车最大循环圈数公式如下：
[0021][0022]
其中：m为锂金属利用率，为理想状态下电动汽车电池平均每圈的库伦效率。
[0023]
步骤3)中所述的电动汽车循环圈数公式是在其小于或等于其最大循环圈数的条件下成立的。
[0024]
步骤3)中所述的电动汽车循环圈数公式如下：
[0025][0026]
其中：n为循环圈数，l为总里程数，为电池平均每圈能跑到的里程数。
[0027]
所述的可以由以下公式得到：
[0028][0029][0030]
p＝f
×v[0031][0032][0033]
其中：为电池平均每圈能跑到的里程数；w为电池单体能量密度；γ为修正系数；m
电池
为电动汽车电池的重量；p为整车动力功率消耗，单位为瓦特(w)；f为整辆电动汽车行驶中的阻力，单位为n；v为汽车的运行速度，单位为m/s；m
车
为整车重量，单位为n；f
摩
为阻力系数，无量纲；cd为空气阻力系数，无量纲；θ为路面与水平面的倾角，单位为rad；a为整车迎风面积，单位为m2。
[0034]
所述的电池单体能量密度可以由下公式得到：
[0035][0036]
其中：w为电池单体能量密度，c为正极比容量，为电池平均库伦效率，q为负极比容量，f为电极活性材料占比，e为正负极电压差。将公式(3)、(5)代入(2)可得以下公式：
[0037][0038]
可以简化为：
[0039]
[0040]
其中：
[0041][0042]
对于x类型电池：
[0043][0044]
对于y类型电池：
[0045][0046]
其中：z为锂金属理论容量，m为锂金属利用率。
[0047]
将公式(9)代入(7)可得以下公式：
[0048][0049]
其中：
[0050][0051][0052]
可以简化为：
[0053][0054][0055]
进一步简化为：
[0056][0057]
对于z类型电池：
[0058]
q＝z
×mꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0059]
其中：z为锂金属理论容量，m为锂金属利用率。
[0060]
将公式(12)代入(7)可得以下公式：
[0061][0062]
其中：
[0063][0064][0065]
所以：
[0066][0067]
步骤3)中所述的电动汽车最佳循环圈数是由公式(1)与公式(9)两组函数关联作图得出，其两组函数的交点即为电动汽车最佳循环圈数，如若交点值不为整数，则取较大整数值。
[0068]
所述的简化公式和计算方法目的在于获得电动汽车电池最佳循环圈数的通用计算方法，简化新能源汽车应用和理论计算的代码或者程序量，从直观角度获得对于不同参数的电动汽车电池最佳循环圈数。
[0069]
所述的公式可以快速判断出在一定循环圈数下的锂金属负极的利用率，也可进一步推断出此时电池的实际容量。
[0070]
所述的公式作为计算电动汽车电池最佳循环圈并依托此结果设计合适的电动汽车。
[0071]
本发明相比于现有技术，具有如下优点及突出效果：
[0072]
本发明相比于现有技术，具有如下优点及突出效果：可以理论计算不同电动汽车的最大循环圈数和最佳循环圈数，从直观数据结果判断出最适合电动汽车的运行方式，所需条件及数据简单直接，方便便捷。该方法普适性强，可应用于快速得到单电动汽车电池最佳循环圈数，有助于了解不同电动汽车的理想性能和实际性能，为设计和选择合适的电动汽车运行方式提供一定的理论参考依据。
附图说明
[0073]
图1为计算流程图。
[0074]
图2为钴酸锂前50圈循环的库伦效率图
[0075]
图3为磷酸铁锂前30圈循环的库伦效率图
[0076]
图4为钴酸锂前3圈充放电曲线图
[0077]
图5为磷酸铁锂前3圈充放电曲线图
具体实施方式
[0078]
下面结合来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
[0079]
实施实例1
[0080]
以特斯拉model 3为例，整车重16191kg，电池重9kg，其电池为磷酸铁锂电池，能量密度为130wh/kg，将主要参数代入公式，可得：
[0081]
γ＝0.28
[0082][0083]
所以：
[0084]
n＝n
极大
＝log
0.99989
0.8＝2028
[0085]
对比实例1
[0086]
若以正极为磷酸铁锂、负极为金属锂的电池作为电动汽车动力来源，则：
[0087]
γ＝0.28
[0088][0089][0090]
将两条曲线拟合作图即可得出最佳循环圈数。
[0091]
对比实例2
[0092]
若以正极为钴酸锂、负极为金属锂的电池作为电动汽车动力来源，
[0093]
γ＝0.25
[0094][0095][0096]
将两条曲线拟合作图即可得出最佳循环圈数。