李曉霖,米曉彥

（天津職業(yè)技術師范大學汽車與交通學院,天津 300222）

電動汽車動力電池剩余電量估算研究

李曉霖,米曉彥

（天津職業(yè)技術師范大學汽車與交通學院,天津 300222）

SOC是電池內(nèi)剩余電荷的可用狀態(tài)，能夠準確估算出電池電池剩余電量是進行動力電池均衡控制的基礎，是電動汽車電池管理系統(tǒng)中的關鍵技術，電池SOC的估計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。本文對動力電池模型，SOC估算方法進行了研究，分析了各種估算方法的原理、優(yōu)缺點及目前實際應用的情況等。

均衡控制;剩余電量;SOC估計

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容量的比值,其表達式為[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)部化學物質(zhì)的活性隨溫度的變化而變化，同時，溫度降低會導致電池內(nèi)阻增加;而溫度過高會減少電池內(nèi)部的化學物質(zhì)，從而導致喪失電池部分容量。

2.3 自放電率

電池由于其內(nèi)部的化學反應而普遍存在著自放電的情況。該現(xiàn)象會導致電池損失部分容量，自放電率越高，損失的容量越嚴重。

2.4 老化程度

電池隨充放電次數(shù)的增加，其內(nèi)部的化學物質(zhì)反應也越來越充分，在相同條件下，電池的總容量迅速增加。當電池達到一定的充放電次數(shù)，電池的可用容量便會出現(xiàn)下降。當電池充放電次數(shù)達到其循環(huán)壽命時，電池的可用容量開始迅速降低。

3　動力電池性能模型

為準確估計電池SOC，需建立合適的電池模型。動力電池性能模型一般可分為簡化的電化學模型及等效電路模型等。

3.1 電化學模型

電化學模型以電化學理論為基礎，通過數(shù)學方法對電池內(nèi)部的反應情況進行描述。但該模型較為復雜，難以應用到電動汽車上，因此對其進行簡化，得到簡化的電化學模型。

3.2 等效電路模型

等效電路模型以電池工作原理為基礎，適用于多種電池。由于該模型能夠用數(shù)學模型解析表達，物理意義清晰，因此較為廣泛的應用在電動汽車上。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系。

（2）Thevenin模型。模型通過理想電壓源對電池開路電壓進行描述，通過一個串聯(lián)電阻以及一個RC電路對電池瞬時響應進行預測。

（3）PNGV模型?！禙reedomCAR電池實驗手寫》也將其稱為FreedomCAR[2]。該模型通過新增電容對開路電壓的變化進行描述。電池充放電過程中，由于電流的累積而引起SOC的變化，進而導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個電容和3個電阻。其中一個為大電容，用以描述電池儲能最大容量。另一個是小電容，對電池電極的表面效應進行描述。三個電阻分別為端電阻、終止電阻及容性電阻。各模型對比如表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、安時積分法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等。這些估算方法的適用范圍各不相同，各SOC估計算法的種類特點如表2所示。

表2　SOC估計算法種類特點

放電試驗法及線性模型法不適合實際應用到電動汽車。若獨立進行開路電壓法，得到的估計結果不夠準確，而安時積分法存在無法確定初始值及誤差累積的缺點。目前，許多研究人員采用的是安時積分法結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）引入火檢冷卻風母管壓力變送器，邏輯中設置當火檢冷卻風壓力大于3.5KPa時允許停兩臺火檢冷卻風機。

2）在就地增加火檢冷卻風壓力低于3KPa壓力開關。當A火檢風機運行1分鐘后，壓力低于3.0Kpa動作延時5秒，聯(lián)啟B火檢風機。B火檢風機運行1分鐘后，壓力低于3.0Kpa動作延時5秒，聯(lián)啟A火檢風機。當A、B火檢風機任一運行，光字牌發(fā)“火檢風機運行”報警信號。

3）原邏輯“A火檢風機跳閘，聯(lián)啟B火檢風機”保持不變。

4）增加“當任意一次風機在運行，且火檢冷卻風壓低于3.0KPa,聯(lián)啟A火檢冷卻風機并聯(lián)關冷一次風至火檢風電動門，聯(lián)開火檢風出口母管電動門”控制邏輯和兩臺一次風機全停聯(lián)啟A火檢冷卻風機并聯(lián)關冷一次風至火檢風電動門，聯(lián)開火檢風出口母管電動門”控制邏輯。

5）原兩臺火檢冷卻風機全停延時300秒MFT動作取消；火檢風壓力低于1.6KPa（三取二）延時300秒MFT動作停爐邏輯仍保留。

6）修改后當任一臺一次風機運行，壓力大于3.5KPa，運行人員可手動將火檢風切換為冷一次風供，待系統(tǒng)壓力正常后，允許停兩臺火檢風機。

5　結論

改造后已連續(xù)運行3年未發(fā)生錯誤報警現(xiàn)象，故障率遠遠小于其它品牌，操作方便檢修維護簡單，說明本次改造是成功的；改造后的火檢檢修成本遠遠低于改造前，#3、#4機組拆下的舊設備作為#1、#2機組備件，在降低#3、#4機組運行成本的前提下也降低為#1、#2機組的運行成本；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，為運行參考也提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)，可作為行業(yè)樣板進行推廣。

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