模型还是“真”的好

说起车载电池，新能源汽车车主对它们可谓是既熟悉又陌生。在上汽大众新能源技术开发科从事动力电池开发的谢彬博士看来，人们对电池单体的认知还处在一个不断更新、完善的阶段。要想增进对电池性能的了解，除了做实验，计算机仿真模拟也是不可或缺的。现阶段，谢彬团队正在研发的PHEV2电化学仿真模型就是一款更为精确与高效的电池模型，它能帮助汽车零部件与整车的生产者更好地测量分析电池的性能。目前，该项目已通过上汽“种子基金”专家评审。

源于工作的研发灵感

车载电池模块是由一个个电池单体构成的。通过对国内外各项研究与专利的分析，谢彬团队发现有关电池单体的研究并不充分，而且大多为局限在实验室内研究的小型电池。

“电池单体主要由零部件供应商生产，但对于整车厂而言，它的性能涉及之后的采购、应用，甚至包括对其的改进，所以我们有必要了解其材料与结构。”传统的电池研究方法是利用现成的材料做成样品，再进行电池性能测试。这种试制过程较为漫长，并且需要更多的人力、物力投入。于是，谢彬想到了用电池仿真模型来替代这个过程。

在谢彬看来，之前业内多数采用的是等效电路仿真模型，即先测试出电池的性能，再用等效电路去替换电池。它的缺陷在于仅仅使用数学方式去模拟电池性能，忽略了电池内部的物理与化学变化。而电化学模型对动力电池的仿真建模是从材料端出发的，它能够建立起从材料端到电芯端，再到系统端的联系。“即便是不存在样品的电池参数，我们也可以通过材料设计，从系统端重新推导出来。”谢彬表示，电化学模型在材料端的优化可以直接体现在系统端的性能改善上，从而极大地提升了研发的效率。

高于传统的创新理念

谢彬强调，电池模型要做到“仿真”，最重要的是符合最新的通用标准：“我们的‘种子基金’项目基于VDA PHEV2电池尺寸标准进行开发，这是大众汽车集团通用的电芯标准，也逐渐为其他整车企业所采用，包括韩国三星、日本三洋在内的电池巨头都针对此电芯标准开发产品。”

由于要考虑多种电池材料的分析，电化学模型的复杂程度要高于传统的等效电路模型。项目团队要对包括结构型貌、材料物性、电化学性能、元素组成和电池结构参数等5个方面30余个项目进行测量，其庞大的计算量对计算机性能带来很大考验。因此，谢彬团队采用了Battery design studio（BDS）软件针对动力电池进行电化学仿真建模。BDS所构建的电池模型可用于对电池重量、尺寸、容量、功率及开路电压等性能进行计算预测，能将各项参数的仿真精度控制在5%以内。此外，针对仿真模型与现实实验可能出现的偏差，团队还结合了实验设计法（DOE）选定不确定参数组合方案，在减少计算量的同时拟合出最精确的模型。

谢彬说，在团队的不懈努力下，他们对电池单体的建模已完成，基本的测量分析也达到了预期目标，接下来还要将单体模型运用到电池模块上，并进一步研究电池的热性能和安全性能。

目前，谢彬团队的“种子基金”项目已通过第一阶段的专家评审，进入到项目培育阶段。“上汽大众对动力电池开发这一块向来非常重视，而我们的项目与动力电池的未来发展思路也是完全吻合的。”谢彬说，“电化学模型生成后，一方面能够增进整车厂与零部件供应商的沟通，使得双方各取所需；另一方面，通过对参数的微调，我们可以找到电池能量与功率的最佳平衡点，从而设计出满足最佳效率和经济性的电池。”对于电化学仿真模型的应用前景，谢彬充满了憧憬。