李飛飛

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山西 運(yùn)城 044000）

電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略的研究背景如下：隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，大量消耗能源所造成的廢氣污染以及能源緊缺等問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到了社會(huì)整體發(fā)展與人們的實(shí)際生活品質(zhì)。因此環(huán)保低碳經(jīng)濟(jì)成為各領(lǐng)域創(chuàng)新與開發(fā)的重要目標(biāo)，而電動(dòng)汽車憑借其自身具備的多種優(yōu)勢(shì)迅速成為很多人出行的新選擇[1]。作為一種新能源汽車，其使用的電池主要是鋰離子電池組，鋰離子電池組具備低自放電率、高比能量、高電壓平臺(tái)等特征，然而鋰離子電池組一直存在熱失控問題，影響了其整體性能。為了解決該問題，需要制訂電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略。國(guó)內(nèi)外對(duì)于電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略的研究都十分重視，國(guó)外有學(xué)者提出一種基于儲(chǔ)能系統(tǒng)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略；國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出一種基于尋優(yōu)算法的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略。

由于在利用以上策略進(jìn)行電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制時(shí)，在電池組的實(shí)際充電功率為30kW到40kW的范圍內(nèi)，存在最大溫度上升值過大的問題，因此提出一種新的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略。

1 設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略

1.1 構(gòu)建鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型

基于生熱率模型構(gòu)建電動(dòng)汽車用鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型。其中生熱率模型具體如下式所示：

式（1）中Qc代表電動(dòng)汽車用鋰離子電池組的實(shí)際產(chǎn)熱；EOCV代表鋰離子電池組的對(duì)應(yīng)開路電壓；R代表鋰離子電池組的實(shí)際內(nèi)阻，包括極化內(nèi)阻與歐姆內(nèi)阻；Tbat代表鋰離子電池組的實(shí)際溫度；代表鋰離子電池組的對(duì)應(yīng)溫度系數(shù)；I代表鋰離子電池組的實(shí)際電流；E代表鋰離子電池組的實(shí)際電壓[2]。

對(duì)于公式（1）而言，I2R代表電動(dòng)汽車用鋰離子電池組中的那些不可逆熱；而則代表鋰離子電池組中的那些可逆熱，由于這些可逆熱非常微小，因此對(duì)其忽略不計(jì)，在構(gòu)建電動(dòng)汽車用鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型時(shí)僅對(duì)不可逆熱進(jìn)行考慮。

根據(jù)溫度變化時(shí)鋰離子電池組中歐姆內(nèi)阻的變化曲線獲取溫度和歐姆內(nèi)阻之間的關(guān)系式，具體如下式：

式（2）中R0代表歐姆內(nèi)阻。

基于上式構(gòu)建電動(dòng)汽車用鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型，具體如下式所示：

式（3）中Qcom代表對(duì)流散熱的實(shí)際熱量；h代表對(duì)流傳熱系數(shù)；Abat代表鋰離子電池組實(shí)際表面積；Tair代表空氣溫度[3]。

其中對(duì)流傳熱系數(shù)的具體計(jì)算公式如下：

式（4）中ρα代表空氣密度；L代表鋰離子電池組中兩個(gè)相鄰電池之間的距離；D代表鋰離子電池組具體厚度；μ代表空氣粘度；Prw代表電池組表面空氣的對(duì)應(yīng)普朗特?cái)?shù)；Pr代表人風(fēng)口處空氣的對(duì)應(yīng)普朗特?cái)?shù)；v代表風(fēng)速；ka代表空氣導(dǎo)熱系數(shù)。

式（4）中各個(gè)參數(shù)的具體取值如表1所示。

表1 各個(gè)參數(shù)的具體取值

1.2 鋰離子電池溫升預(yù)測(cè)

基于構(gòu)建的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型對(duì)電動(dòng)汽車用鋰離子電池組實(shí)施溫升預(yù)測(cè)。以能量守恒定理為依據(jù)獲取入風(fēng)口至出風(fēng)口空氣的總吸收熱量，具體如下式所示：

式（5）中Tair,n代表第n塊電池周圍的空氣溫度；Tair,1代表初始環(huán)境溫度；ca代表空氣比熱容；Sa代表入風(fēng)口面積；Q散熱代表入風(fēng)口至出風(fēng)口空氣的總吸收熱量；Tbat,i代表代表第i塊鋰離子電池的實(shí)際溫度；Tair,i代表第i塊鋰離子電池周圍的空氣溫度。

根據(jù)電池組的具體排列，具體如圖1所示，將電池周圍溫度的遞增幅度假設(shè)為等幅。并根據(jù)上式獲取第n塊電池周圍的空氣溫度，從而計(jì)算第n塊電池的實(shí)際溫度。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在Matlab中利用電動(dòng)汽車用鋰離子電池組對(duì)應(yīng)熱模型對(duì)各電池的溫升進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.3 鋰離子電池組溫升控制

根據(jù)鋰離子電池溫升預(yù)測(cè)結(jié)果，構(gòu)建一個(gè)電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制模型，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的溫升控制。構(gòu)建的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制模型為一種多目標(biāo)控制模型，具體如下式：

式（6）中f(x)代表電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制總體的目標(biāo)函數(shù)；f1(x)代表發(fā)動(dòng)機(jī)分配功率；f2(x)代表總發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量；f3(x)代表回收電池的對(duì)應(yīng)制動(dòng)能量；Ω代表控制約束條件。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組中共包含八塊鋰離子電池。利用設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略對(duì)該電動(dòng)汽車用鋰離子電池組進(jìn)行溫升控制實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中獲取電池組實(shí)際充電功率為30kW到40kW范圍內(nèi)的最大溫度上升值數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果過于單一，將兩種原有策略作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比策略，包括基于儲(chǔ)能系統(tǒng)、基于尋優(yōu)算法的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略。分別利用這兩種策略對(duì)實(shí)驗(yàn)電動(dòng)汽車用鋰離子電池組進(jìn)行溫升控制，并獲取該充電功率范圍內(nèi)的最大溫度上升值數(shù)據(jù)作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略與原有策略的最大溫度上升值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 最大溫度上升值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果

根據(jù)表2的最大溫度上升值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略的最大溫度上升值低于基于儲(chǔ)能系統(tǒng)、基于尋優(yōu)算法的電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略。

3 結(jié)束語

電動(dòng)汽車用鋰離子電池組溫升控制策略實(shí)現(xiàn)了最大溫度上升值的降低，對(duì)于電動(dòng)汽車用鋰離子電池組熱失控問題的解決有很大意義。