电动汽车锂电池组荷电状态的估计

电动汽车锂电池组荷电状态的估计

1计方法以安时法和开口电压法电池的负荷（cp）表示电池的剩余负荷，即剩余负荷与总负荷之比。镍氢电池SOC估计是纯电动车及混合动力电动车能量管理系统中的关键问题。电池的过充电和过放电都会引起电池损坏,精确的SOC估计可以保证电池处于最佳工作状态,并延长电池的寿命。目前国内外电动车采用的SOC估计方法以安时法、开路电压法为主。开路电压法在电池开路状态下,利用电池剩余电量与开路电压存在的一定关系来进行SOC的估计。但电动车在行驶过程中,电池处于闭合回路状态,无法测得开路电压。该方法主要用于开车前初始SOC的估计。目前国内外估计电动车中电池剩余电量最通用的方法是安时法。该方法通过对电流进行积分得到已放出的电量,计算SOC时,使用初始剩余电量SOCini减去已放出的电量SOCo,其差值即为当前的剩余电量。安时法主要存在3个问题:①无法预测电池的初始SOC;②传感器精度造成测量误差;③长时间的累积误差不可避免,最终导致SOC测量出现大的偏差。即使将安时法与开路电压法相结合,也只能解决安时法的SOCini预测问题,无法解决其他两方面的问题。为了寻找一种适用于电动车镍氢电池SOC估计的方法,克服传感器精度及累计误差的问题,提出了基于电池电动势(EMF)等效电路模型估计NiMH电池SOC的方法。该方法通过建立镍氢电池端电压、镍氢电池电动势EMF与SOC的关系来估计镍氢电池SOC,只要测得电池的端电压,即可得到SOC的估计值。2等效电路模型及套路研究2.1化内阻效电路从电化学角度讲,电池的内阻分为欧姆内阻RΩ和极化内阻。其中极化内阻由电化学极化内阻Rd和浓差极化内阻Rk组成。图1示出镍氢电池等效电路。由于镍氢电池在长时间放置时才需考虑其自放电现象,因此在充放电过程中及短时间静止放置时,可忽略自放电电阻Rs。2.2镍氢电池的soc及电动势emf的关系通过实验建立了镍氢电池SOC与EMF之间的对应关系,实验使用单体10A·h/1.2V的镍氢电池。具体步骤如下:①将镍氢电池充满电,并静止放置到电池稳定;②电池在恒定电流下放电1A·h,共放电10次,保证每次放出的电量对应SOC增加0.1。每两次放电间隔1小时,保证电池恢复到稳定状态,同时记录开路电压。这样就得到了SOC从1,0.9,0.8…,0的11个SOC状态的开路电压,稳定后的开路电压近似等于EMF,这样就可测得SOC所对应的EMF,并绘制成曲线。镍氢电池SOC及电动势EMF的关系曲线,如图2所示。可见,0~0.1,0.2~0.8,0.8~1三个阶段曲线的线性度较好,因此将曲线分段线性化后,得到SOC估计计算式。式中:ai,bi为实验得到的系数,i=1,2,3。由式(1)可知,镍氢电池的SOC与EMF之间存在着近似分段线性的关系。因此,若能建立起电池端电压u与EMF的关系,则只需测得u,即可估计出当前的SOC。2.3放电参数的估计应用EMF等效电路,通过电路分析,可以建立起u与EMF的关系,从而估计出电池的SOC。电池放电时有:通过实验数据辨识可以得到6个参数RΩ,Rd,Rk,I,τd,τk。因此在实际电动车运行时,只要测得u,即可计算出镍氢电池的SOC。2.4放电率对脉冲电流的影响实验使用单体10A·h/1.2V镍氢电池,通过测试不同放电率的脉冲电流,得到结果曲线,如图3所示。根据实验数据,时间常数τd,τk以及Rd,Rk可通过实验数据曲线拟合得到,RΩ通过实测获得。2.5等效电路模型采用5A脉冲放电对SOC估计的持续放电过程准确性进行了实验,脉冲放电对应电动车行驶状态;而脉冲放电间歇对应电动车停车状态。图4a示出实测数据与基于模型计算结果数据的脉冲放电电压对比曲线;图4b示出采用EMF等效电路模型估计SOC的误差。结果显示,放电实验曲线与EMF方法得到仿真曲线拟和较好,最大误差在7%以内。3soc与端电压的关系运用脉冲放电实验确定了镍氢电池的SOC及其与EMF之间存在的对应关系,并将这种关系分段线性化,即SOC分别为0~0.2,0.2~0.8,0.8~13段。通过对EMF等效电路模型的电路分析,确定了电动势(EMF)与端电压的关系。基于以上两点,最终建立起SOC与端电压的关系,只须测得电池当前的端电压,即可通过计算得到当前SOC,并与实验得到的SOC进行对比。由于所述方法测量的端电压不仅包括电池充放电状态,