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新型電動(dòng)汽車(chē)鋰電池管理系統的研究與實(shí)現 ― SOC 估計的四元模型

作者: 時(shí)間:2013-04-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

經(jīng)過(guò)深入的分析和試驗研究,選擇了一種綜合的電量估計模型。我們稱(chēng)之為四元模型:它以精確的安時(shí)計量為基礎;充分考慮各種影響因素進(jìn)行補償;考慮電池不一致性對電量估計造成的偏差;對長(cháng)期的積累誤差考慮進(jìn)行自整定。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/175313.htm

6.1安時(shí)積分法

安時(shí)法基于的原理較為簡(jiǎn)單。它是對電流實(shí)時(shí)進(jìn)行積分得到充入電池和從電池放出的電量。它對電池的電量情況進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的記錄和監測,從而能夠給出任意時(shí)刻電池的安時(shí)電量。該方實(shí)現起來(lái)較簡(jiǎn)單,受電池本身情況的限制小,宜于發(fā)揮微機監測的優(yōu)點(diǎn)。但在有干擾時(shí),積分值會(huì )產(chǎn)生偏差,因而要提高電流測量的精度和采取有效的濾波措施。

6.2電池安時(shí)積分模型的建立

SOC估計框圖

我們的估測方法也是基于安時(shí)法,通過(guò)精確的安時(shí)計量來(lái)跟蹤電池的SOC,其間充分考慮了溫度補償、容量老化補償、自放電補償、充電率補償、放電率補償、不一致性影響。圖6.1是SOC估計框圖。

系統中SOC估計的核心在于精確的安時(shí)計量,電流I對時(shí)間t積分即為流進(jìn)流出電池安時(shí)數,記為Qused(當放電時(shí)Qused為正,充電時(shí)Qused為負),在用當前電池的剩余電量Qres減去Qused,即得出電池經(jīng)過(guò)充放電后電池所剩的電量,然后除以電池的總電量得出SOC值:

當然由于影響電池的因素很多,導致電池的狀態(tài)不斷變化,這種不斷的變化相應的影響了SOC的計量,而且由此造成的積累誤差可能越來(lái)越大,造成SOC值的不準確。為此有必要研究影響SOC的因素,以減少這些因素所帶來(lái)的誤差。

6.3 SOC預測的補償

電池不是一個(gè)簡(jiǎn)單的模型,它的電量會(huì )受到溫度、放電率、自放電、老化、不一致性等多種因素影響,其中有些因素對電量估計的影響很大,忽略這些因素將給電量估測帶來(lái)較大的偏差。因此剩余電量計量過(guò)程應該考慮多種因素影響而不應該是簡(jiǎn)單的累加。

首先我們規定一個(gè)標準情況,包括標準溫度TS,標準放電電流IS,標準剩余電量QS。在試驗過(guò)程中,我們定義標準溫度TS=20℃,標準放電電流IS=18A(即1C放電電流),QS就是在標準溫度標準放電電流下電池所能放出的電量。

另外需要說(shuō)明的是,由于我們的研究對象是整組電池,所以要考慮電池組中性能最差的電池,以其性能作為電池組的性能參考依據。

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現SOC誤差主要來(lái)源之一在于總電量的誤差,如下式:

其中Kn表示電池的標稱(chēng)容量,Ia表示平均電流,T表示電池溫度,A表示電池的衰老因子。從上式可以知道電流、溫度、衰老因子是主要影響總容量的因素,以下我們將分類(lèi)討論它們的補償技術(shù)

6.3.1充電率補償

根據電池廠(chǎng)深圳雷天公司提供的電池多輪充放電循環(huán)試驗數據表明,在充電過(guò)程中,實(shí)際上的充電效率大概在97%左右,因此我們在SOC估計中可取充電效率因子μ(SOC)=0.97.

6.3.2放電率補償

電池在不同電流下放電時(shí)所放出的電量是不同的。我們經(jīng)過(guò)實(shí)驗發(fā)現,電池容量同放電電流的關(guān)系基本如圖6.2所示。

對于容量修正,目前得到廣泛接受的是Peukert于1898年提出的經(jīng)驗公式

式中I——放電電流(A) t——放電時(shí)間(h)

n——與電池類(lèi)型有關(guān)常數k——與活性物質(zhì)量有關(guān)常數。

為求常數n,k,用兩種放電率進(jìn)行放電,得

將n代入(16.a)即可求得k值,有了n和k值就可得任意放電率下的容量。

所以,在計算SOC時(shí)必須考慮放電率因素。由于電動(dòng)汽車(chē)用電池放電電流值并不恒定,有必要規定一個(gè)參考電流,在計算SOC時(shí),將其他放電電流放出的電量折算到參考標準電流所放的電量,以消除不同放電電流對SOC值計算所帶來(lái)的誤差。


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