電動(dòng)汽車動(dòng)力電池剩余電量估算研究

李曉霖,米曉彥

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院,天津 300222）

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池剩余電量估算研究

李曉霖,米曉彥

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院,天津 300222）

SOC是電池內(nèi)剩余電荷的可用狀態(tài)，能夠準(zhǔn)確估算出電池電池剩余電量是進(jìn)行動(dòng)力電池均衡控制的基礎(chǔ)，是電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，電池SOC的估計(jì)受很多外界因素的影響，因此很難非常精確的估算出電池SOC。本文對(duì)動(dòng)力電池模型，SOC估算方法進(jìn)行了研究，分析了各種估算方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及目前實(shí)際應(yīng)用的情況等。

均衡控制;剩余電量;SOC估計(jì)

1　SOC定義

電池荷電狀態(tài)是電池的重要參數(shù)，是電池內(nèi)剩余電荷的可用狀態(tài)，它表明剩余容量與總?cè)萘康谋戎?其表達(dá)式為[1]，

2　SOC影響因素分析

2.1 充放電率

不同的充放電率，電池放出或者充入的電量是有差異的，電池放電率增加，電池可用容量下降；而充電率增加，可用容量上升。

2.2 溫度

電池內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的活性隨溫度的變化而變化，同時(shí)，溫度降低會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加;而溫度過高會(huì)減少電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)，從而導(dǎo)致喪失電池部分容量。

2.3 自放電率

電池由于其內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)而普遍存在著自放電的情況。該現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p失部分容量，自放電率越高，損失的容量越嚴(yán)重。

2.4 老化程度

電池隨充放電次數(shù)的增加，其內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)也越來越充分，在相同條件下，電池的總?cè)萘垦杆僭黾?。?dāng)電池達(dá)到一定的充放電次數(shù)，電池的可用容量便會(huì)出現(xiàn)下降。當(dāng)電池充放電次數(shù)達(dá)到其循環(huán)壽命時(shí)，電池的可用容量開始迅速降低。

3　動(dòng)力電池性能模型

為準(zhǔn)確估計(jì)電池SOC，需建立合適的電池模型。動(dòng)力電池性能模型一般可分為簡(jiǎn)化的電化學(xué)模型及等效電路模型等。

3.1 電化學(xué)模型

電化學(xué)模型以電化學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過數(shù)學(xué)方法對(duì)電池內(nèi)部的反應(yīng)情況進(jìn)行描述。但該模型較為復(fù)雜，難以應(yīng)用到電動(dòng)汽車上，因此對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到簡(jiǎn)化的電化學(xué)模型。

3.2 等效電路模型

等效電路模型以電池工作原理為基礎(chǔ)，適用于多種電池。由于該模型能夠用數(shù)學(xué)模型解析表達(dá)，物理意義清晰，因此較為廣泛的應(yīng)用在電動(dòng)汽車上。常見的等效電路模型有內(nèi)阻模型、Thevenin模型、PNGV模型及RC模型。

（1）內(nèi)阻模型。模型包括電壓源()及內(nèi)阻R，該模型可以反映出充放電過程中電池各變量間的關(guān)系。

（2）Thevenin模型。模型通過理想電壓源對(duì)電池開路電壓進(jìn)行描述，通過一個(gè)串聯(lián)電阻以及一個(gè)RC電路對(duì)電池瞬時(shí)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（3）PNGV模型?！禙reedomCAR電池實(shí)驗(yàn)手寫》也將其稱為FreedomCAR[2]。該模型通過新增電容對(duì)開路電壓的變化進(jìn)行描述。電池充放電過程中，由于電流的累積而引起SOC的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了開路電壓的變化，這都體現(xiàn)在新增電容電壓變化。

（4）RC模型。RC模型包括2個(gè)電容和3個(gè)電阻。其中一個(gè)為大電容，用以描述電池儲(chǔ)能最大容量。另一個(gè)是小電容，對(duì)電池電極的表面效應(yīng)進(jìn)行描述。三個(gè)電阻分別為端電阻、終止電阻及容性電阻。各模型對(duì)比如表1所示。

表1　等效電路模型

4　SOC估算方法

目前，SOC估算精度也受到越來越多的重視，常見的估算方法通常包括：如開路電壓法、安時(shí)積分法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。這些估算方法的適用范圍各不相同，各SOC估計(jì)算法的種類特點(diǎn)如表2所示。

表2　SOC估計(jì)算法種類特點(diǎn)

放電試驗(yàn)法及線性模型法不適合實(shí)際應(yīng)用到電動(dòng)汽車。若獨(dú)立進(jìn)行開路電壓法，得到的估計(jì)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，而安時(shí)積分法存在無法確定初始值及誤差累積的缺點(diǎn)。目前，許多研究人員采用的是安時(shí)積分法結(jié)合開路電壓法輔助修正初始值的方法，但還是未能較好的降低累

圖1　火檢系統(tǒng)改造后工藝流程圖

具體控制邏輯修改：

1）引入火檢冷卻風(fēng)母管壓力變送器，邏輯中設(shè)置當(dāng)火檢冷卻風(fēng)壓力大于3.5KPa時(shí)允許停兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)。

2）在就地增加火檢冷卻風(fēng)壓力低于3KPa壓力開關(guān)。當(dāng)A火檢風(fēng)機(jī)運(yùn)行1分鐘后，壓力低于3.0Kpa動(dòng)作延時(shí)5秒，聯(lián)啟B火檢風(fēng)機(jī)。B火檢風(fēng)機(jī)運(yùn)行1分鐘后，壓力低于3.0Kpa動(dòng)作延時(shí)5秒，聯(lián)啟A火檢風(fēng)機(jī)。當(dāng)A、B火檢風(fēng)機(jī)任一運(yùn)行，光字牌發(fā)“火檢風(fēng)機(jī)運(yùn)行”報(bào)警信號(hào)。

3）原邏輯“A火檢風(fēng)機(jī)跳閘，聯(lián)啟B火檢風(fēng)機(jī)”保持不變。

4）增加“當(dāng)任意一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行，且火檢冷卻風(fēng)壓低于3.0KPa,聯(lián)啟A火檢冷卻風(fēng)機(jī)并聯(lián)關(guān)冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)電動(dòng)門，聯(lián)開火檢風(fēng)出口母管電動(dòng)門”控制邏輯和兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)全停聯(lián)啟A火檢冷卻風(fēng)機(jī)并聯(lián)關(guān)冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)電動(dòng)門，聯(lián)開火檢風(fēng)出口母管電動(dòng)門”控制邏輯。

5）原兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)全停延時(shí)300秒MFT動(dòng)作取消；火檢風(fēng)壓力低于1.6KPa（三取二）延時(shí)300秒MFT動(dòng)作停爐邏輯仍保留。

6）修改后當(dāng)任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，壓力大于3.5KPa，運(yùn)行人員可手動(dòng)將火檢風(fēng)切換為冷一次風(fēng)供，待系統(tǒng)壓力正常后，允許停兩臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)。

5　結(jié)論

改造后已連續(xù)運(yùn)行3年未發(fā)生錯(cuò)誤報(bào)警現(xiàn)象，故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它品牌，操作方便檢修維護(hù)簡(jiǎn)單，說明本次改造是成功的；改造后的火檢檢修成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改造前，#3、#4機(jī)組拆下的舊設(shè)備作為#1、#2機(jī)組備件，在降低#3、#4機(jī)組運(yùn)行成本的前提下也降低為#1、#2機(jī)組的運(yùn)行成本；改造后火焰閃爍頻率、火焰亮度均記錄歷史曲線，歷史數(shù)據(jù)可查，不僅僅作為火焰“有無”判斷，為運(yùn)行參考也提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)，可作為行業(yè)樣板進(jìn)行推廣。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.073