鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制策略研究

梁 巍

（南寧學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院 廣西 南寧 541699）

鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供所需的動(dòng)力，一方面鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿碓?。?chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，并借助電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，為電動(dòng)汽車提供持續(xù)的驅(qū)動(dòng)力。另一方面，鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電能的存儲(chǔ)和釋放。此外，鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度較高、儲(chǔ)能容量大，有效延長(zhǎng)了電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程。下面將重點(diǎn)探討鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制策略。

1 鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)

1.1 鋰電池的工作原理及特點(diǎn)分析

一般來說，常見的鋰電池可分為鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰鐵磷酸電池幾種類型，其中鋰離子電池是應(yīng)用最為廣泛的鋰電池類型。鋰電池作為電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要驅(qū)動(dòng)要素，為電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)起到了極大的促進(jìn)作用。首先，鋰電池相對(duì)于其他類型的電池而言具有較高的能量密度，可以儲(chǔ)存更多的電能，滿足了電動(dòng)汽車儲(chǔ)能需要。其次，鋰電池通常循環(huán)壽命更長(zhǎng)，能夠進(jìn)行多次充放電循環(huán)而不損失太多容量，具有較高的使用性能。最后，鋰電池的自放電率較低，即使不使用也能保持較長(zhǎng)時(shí)間的電荷，這也為電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

1.2 鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由鋰電池組、充電系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等構(gòu)成，這些子系統(tǒng)分別承擔(dān)能量存儲(chǔ)、能量供應(yīng)、能量管理功能。鋰電池組是儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要組成部分，鋰離子電池作為能量?jī)?chǔ)存裝置，由多個(gè)鋰電池單體串聯(lián)、并聯(lián)而成，根據(jù)需要提供所需的電壓及容量。鋰電池組負(fù)責(zé)電能儲(chǔ)存，并通過蓄電池控制器控制電池的充放電過程。其次，充電系統(tǒng)由外部電源、充電連接器、充電控制器構(gòu)成，外部電源向電動(dòng)汽車提供電能，充電連接器將電源與電動(dòng)車連接起來，而充電控制器通過控制充電電流、充電速率來對(duì)鋰電池組進(jìn)行。最后，能量管理系統(tǒng)是對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的能量流動(dòng)高效利用、充分管理的系統(tǒng)。在管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其根據(jù)車輛駕駛需要，結(jié)合電池的狀態(tài)和充電條件來對(duì)電池組能量輸出和充電過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過能量分配優(yōu)化，提高電動(dòng)汽車的能源利用效率，延長(zhǎng)電池壽命。

2 鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)控制對(duì)于電動(dòng)汽車穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，為了更好地實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制，要從充電、放電兩大方面入手采取有效措施，以確保電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2.1 充電控制策略

結(jié)合鋰電池的特性和狀態(tài)，來進(jìn)行充電模式的有效選擇。例如，在電池容量較低時(shí)選擇恒流充電可以快速充滿電池，而在電池接近滿電時(shí)選擇恒壓充電可以防止電池過充。常見的充電模式包括恒流充電、恒壓充電、混合充電。

首先，在恒流充電時(shí)電流保持恒定狀態(tài)，直至電池的電壓或容量達(dá)到設(shè)定限度。恒流充電模式與快充更為匹配，其允許電池采用最大速率來充電，充電速率可利用充電器對(duì)輸出電流的控制進(jìn)行調(diào)整。其次，在恒壓充電時(shí)電壓保持恒定狀態(tài)，直至電流降到預(yù)設(shè)的最低值。該模式在充電狀態(tài)時(shí)應(yīng)用，可讓電池保持恒定電壓，通過對(duì)輸出電壓進(jìn)行有效控制，靈活調(diào)整充電速率，能夠避免出現(xiàn)電池過充的現(xiàn)象。最后，混合充電模式兼具恒流與恒壓兩種充電模式的特性。電池剛開始充電時(shí)可利用恒流充電，而在充電量不斷增加時(shí)，將其更換成恒壓模式，從而對(duì)電流電壓進(jìn)行有效控制。此種模式可對(duì)快速充電進(jìn)行有效平衡，并更好地保護(hù)電池的壽命。此外，調(diào)節(jié)充電速率還可依據(jù)額定充電速率、電池溫度、充電電流等的狀態(tài)進(jìn)行，以更好地保障充電的安全穩(wěn)定。

2.2 放電控制策略

依據(jù)駕駛需求與電池狀態(tài)來選擇放電模式，即這兩項(xiàng)內(nèi)容的變化也需相應(yīng)地調(diào)整放電模式。例如，恒功率放電可讓動(dòng)力輸出保持在穩(wěn)定狀態(tài)，恒壓放電可讓電壓保持在穩(wěn)定狀態(tài)。如今，應(yīng)用較為頻繁的有恒功率放電、恒壓放電以及恒阻放電三種放電模式。

首先，在恒功率放電模式之下，輸出功率保持恒定狀態(tài)，動(dòng)力輸出也相對(duì)穩(wěn)定。此種模式可應(yīng)用于加速、超車等駕駛場(chǎng)景中，用于保持動(dòng)力的穩(wěn)定輸出，利用電流電壓的調(diào)整來保障功率的穩(wěn)定輸出。其次，在恒壓放電模式之下，放電電壓保持恒定狀態(tài)，通過對(duì)放電電流進(jìn)行靈活調(diào)控，用以保障功率需求獲得有效滿足。在需恒定電壓輸出的場(chǎng)景中應(yīng)用此模式，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)動(dòng)力。最后，在恒阻放電模式之下，電流可利用對(duì)放電電阻的靈活控制保持輸出的穩(wěn)定性。實(shí)際運(yùn)用過程中，在某些設(shè)備工作需電流穩(wěn)定輸出的場(chǎng)景中可采用該模式。

此外，還應(yīng)根據(jù)駕駛需求和電池狀態(tài)，并結(jié)合特定的動(dòng)力需求對(duì)放電功率進(jìn)行合理調(diào)整。結(jié)合電池SOC 和電流特性以及能量利用要求，對(duì)放電功率進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，從而有效保障續(xù)航里程的穩(wěn)定增加。

綜上所述，充電控制和放電控制在鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。通過選擇合適的充電模式和放電模式，并對(duì)充放電及功率調(diào)節(jié)策略進(jìn)行不斷優(yōu)化，可提升儲(chǔ)能管理的高效性、安全性，保障電池能量得以充分利用，電池壽命也可有效延長(zhǎng)，從而獲得更好的駕駛體驗(yàn)。在實(shí)施過程中應(yīng)將電池特性、系統(tǒng)要求以及駕駛需求共同考慮在內(nèi)，并借助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)策略進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3 鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化與未來發(fā)展

3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)性能優(yōu)化

鋰電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化是未來業(yè)界亟待研發(fā)的重要領(lǐng)域，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)性能優(yōu)化則是儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)。在實(shí)踐過程中，可從能量管理系統(tǒng)優(yōu)化、充放電策略優(yōu)化、電池壽命與循環(huán)控制等方面入手采取措施。

首先，利用先進(jìn)算法，可對(duì)儲(chǔ)能管理系統(tǒng)進(jìn)行有效優(yōu)化，從而更好地保障充放電策略的實(shí)施。通過對(duì)電池狀態(tài)、駕駛行為等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并利用優(yōu)化算法，能夠提升儲(chǔ)能系統(tǒng)智能化水平，確保駕駛體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。其次，為了進(jìn)一步提升能量利用率并延長(zhǎng)續(xù)航里程，可通過優(yōu)化充放電策略來達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過充放電模式的科學(xué)選擇以及功率調(diào)節(jié)策略的有效應(yīng)用，可確保在不影響駕駛需求的基礎(chǔ)上，最大化發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池能量利用率。最后，儲(chǔ)能系統(tǒng)性能達(dá)到的優(yōu)化效果主要可從電池壽命及其狀態(tài)來判斷，通過對(duì)循環(huán)控制策略的不斷優(yōu)化應(yīng)用，可規(guī)避電池溫度過高、過度充放電等問題，使得電池壽命能夠有效延長(zhǎng)。

3.2 新技術(shù)與未來發(fā)展趨勢(shì)

為使得用戶獲得更好的體驗(yàn)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者致力于快速充電技術(shù)。目前伴隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，充電設(shè)備日漸完善，電動(dòng)汽車快充已逐步普遍化。例如，特斯拉的“超級(jí)充電站”采用的高功率充電樁能夠在短時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)汽車充電。今后快速充電技術(shù)將會(huì)不斷優(yōu)化，充電時(shí)間會(huì)進(jìn)一步縮短，用戶將享受更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。其次，為了進(jìn)一步提高電池能量密度、安全性、循環(huán)壽命，業(yè)界將研發(fā)工作重點(diǎn)放到探索新型電池技術(shù)上。目前鋰硫電池、固態(tài)電池被認(rèn)為是具有潛力的技術(shù)，鋰硫電池和鋰離子電池相比，其材料成本較低、理論能量密度更高，具有顯著的優(yōu)勢(shì)；固態(tài)電池的安全性能更高，操作溫度范圍更大。新型電池的應(yīng)用可保證電動(dòng)汽車有效提升儲(chǔ)能系統(tǒng)性能。未來智能互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用將更加深入。智能互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展為儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來了更多機(jī)遇。在人工智能、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的加持下，駕駛行為、充電網(wǎng)絡(luò)、能源管理的決策將更加智能化。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)與智能家居、智慧城市等系統(tǒng)的集成，還能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的能源管理系統(tǒng)優(yōu)化，為強(qiáng)化電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)高效運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。