基于安時(shí)積分法估算電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)能量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 基于安時(shí)積分法估算電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)能量 摘要：準(zhǔn)確估計(jì)電池的荷電狀態(tài)( SOC, state of charge)是電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)。在估算 過程中分散并消除影響SOC值的因素，特別在充放電狀態(tài)下，使用了以影響因子為基礎(chǔ)的電量的動(dòng)態(tài)恢復(fù)量對(duì)安時(shí)計(jì)量法進(jìn)行改進(jìn)，解決了安時(shí)計(jì)量法會(huì)產(chǎn)生累積誤差的問題。因此基于修正SOC定義的電池荷電狀態(tài)檢測(cè)方法和計(jì)算模型具有簡(jiǎn)便、實(shí)用和可靠性。Abstract:Accurate estimation of state of charge (SOC) is one of the key technology in the

2、 research of battery management system (BMS) of electric vehicle. Predicting each state by different SOC algorithm could eliminate the influence of factors affecting the value of SOC. Especially in the charge-discharge state, this method could improve the Ah counting approach by eliminating the accu

3、mulated error using the calculation of changing capacity of lithium-ion based on influence efficiency.So based on the corrected SOC definition, the SOC' s measuring method and the computational model are simple, convenient, practicable, and reliable.關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 電池系統(tǒng) 剩余電量一 引言 鋰電池已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、日常生活等領(lǐng)域，對(duì)電

4、池荷電狀態(tài)（SOC）的估算已成為電池管理的重要環(huán)節(jié)。但是，由于電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電池的荷電狀態(tài)受放電電流、電池內(nèi)部溫度、自放電、老化等因素的影響，使得SOC 的估算困難。 目前SOC 估算方法有：開路電壓法、安時(shí)積分法、內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卡爾曼濾波法，開路電壓法由于要預(yù)計(jì)開路電壓，因此需要長(zhǎng)時(shí)間靜置電池組，內(nèi)阻法存在著估算內(nèi)阻的困難，在硬件上也難以實(shí)現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卡爾曼濾波法則由于系統(tǒng)設(shè)置的困，而且在電池管理系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)成本很高，不具備優(yōu)勢(shì)，因此相對(duì)于開路電壓法、內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卡爾曼濾波法本而言，安時(shí)積分由于簡(jiǎn)單，有效而常被采用。本文主要以安時(shí)積分法來(lái)預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的剩余電量。本文基于總

5、電壓為440V，容量為60AH的電池組進(jìn)行預(yù)測(cè)。二 Ah積分法估計(jì)電池電量 初始剩余電量是影響的采集精度的一個(gè)主要因素，為提高精度本文從重放電效率、溫度、電池的SOH即老化和自放電因素加以考慮。 2.1 Ah積分法 Ah積分法是最常用的SOC估計(jì)方法。如果充放電起始狀態(tài)記為SOC0,那么當(dāng)前狀態(tài)的SOC為： Ah積分法應(yīng)用中若電流測(cè)量不準(zhǔn)，將造成SOC計(jì)算誤差，長(zhǎng)期積累，誤差越來(lái)越大；要考慮電池充放電效率；在高溫狀態(tài)和電流波動(dòng)劇烈的情況下，誤差較大；電流測(cè)量可通過使用高性能電流傳感器解決，但成本增加；解決電池充放電效率要通過事前大量實(shí)驗(yàn)，建立電池充放電效率經(jīng)驗(yàn)公式。Ah積分法可用于所有電動(dòng)汽車

6、電池，若電流測(cè)量準(zhǔn)確，有足夠的估計(jì)起始狀態(tài)的數(shù)據(jù)，它是一種簡(jiǎn)單、可靠的SOC估計(jì)方法。相對(duì)于開路電壓法的長(zhǎng)期存放或靜置來(lái)獲取開路電壓，安時(shí)積分法更加可靠。圖1 SOC估計(jì)simulink模型2.2充放電效率補(bǔ)償電池在不同放電倍率（即放電電流）下放電時(shí)，放出的電量是不一樣的。也就是說(shuō)，在初始條件相同的情況下，用不同電流（常采用變電流或工況測(cè)試的需求設(shè)定)放電至截止電壓，電池所能放出的電量是不同的。充放電效率因素由于內(nèi)阻的存在，電池的任何充電、放電過程由于電化學(xué)反應(yīng)都有電量損失，并且損失明顯，在估計(jì)電池SOC時(shí)，必需考慮充放電時(shí)的效率，也即庫(kù)侖效率。早在1898年，Peukert就總結(jié)出了放電容量

7、和放電電流關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蓄電池（尤其適用于鉛酸電池）在變電流工作時(shí)的容量修正。2.3溫度因素補(bǔ)償溫度是影響混合動(dòng)力電動(dòng)汽車儲(chǔ)能蓄電池工作的一個(gè)重要因素。電解液的溫度直接影響到蓄電池的實(shí)際放電量，環(huán)境溫度對(duì)蓄電池的工作性能和使用壽命有極大的影響作用。所以在剩余能量預(yù)測(cè)時(shí)，必須進(jìn)行溫度的補(bǔ)償。一般情況下，實(shí)際溫度系數(shù)不是一個(gè)常數(shù)。在不同溫度范圍內(nèi)，溫度與容量呈現(xiàn)非線性，而且受到蓄電池的新舊程度的影響。環(huán)境溫度為0時(shí)，電池容量最好。當(dāng)溫度T>0時(shí)，溫度增加會(huì)帶來(lái)容量的下降；當(dāng)溫度T<0時(shí)，溫度減少也會(huì)帶來(lái)容量的下降。2.4電池老化補(bǔ)償 電池衰老AF是指電池在使用過程中

8、，電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生變化，從而改變電池的某些特性。在對(duì)電池的研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)隨著電池使用的循環(huán)次數(shù)的增加，電池的總?cè)萘渴窃谧兓?。?dāng)新的電池開始使用時(shí)，它內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)沒有充分反映，當(dāng)經(jīng)過多次的充放電后，內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)將愈來(lái)愈充分，表現(xiàn)出電池總?cè)萘吭谙嗤瑮l件下將迅速增加，隨后電池總?cè)萘窟M(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期，當(dāng)達(dá)到最大值后，開始逐漸降低。2.5電池自放電補(bǔ)償 蓄電池的自放電是指蓄電池在儲(chǔ)存期間容量的下降率，即蓄電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自行放電使容量損失的速度。由于電池存在一定的自放電，停車時(shí)間較長(zhǎng)需要考慮進(jìn)行自放電補(bǔ)償。自放電速率用單位時(shí)間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。電池的自放電的大小與蓄電池的使用時(shí)間、

9、環(huán)境溫度以及存放時(shí)間等多種因素有關(guān)，精確計(jì)算困難，但可以通過實(shí)驗(yàn)方法估算蓄電池的自放電情況。三 數(shù)據(jù)分析 該模型通過采集電池電流、電壓、溫度、給定前一次存儲(chǔ)的SOC初值以及電池?cái)R置時(shí)間來(lái)實(shí)時(shí)計(jì)算估算新的SOC，圖2為采集到的各數(shù)據(jù)，該模型具備自學(xué)習(xí)功能的以安時(shí)積分法為基礎(chǔ)的多種狀態(tài)為補(bǔ)償?shù)腟OC計(jì)算能力，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算電池組的SOC值；由于缺乏各種狀態(tài)補(bǔ)償所需數(shù)據(jù)，目前該模型只是初步具備了對(duì)SOC估算的補(bǔ)償能力，補(bǔ)償和校核功能需逐步完善。根據(jù)電動(dòng)汽車工況測(cè)試以及simulink仿真分析，時(shí)間為1000s，可以得出下列數(shù)據(jù)：最大電流140A，電池組電壓為415V，與實(shí)測(cè)值誤差較小。通過放電時(shí)間的增