对电动汽车动力电池而言,电池荷电状态(SOC)电池的是最重要的参数之一。电池荷电状态(SOC)的估计一般有两种方法,一是安时积分法。电池荷电状态(SOC)的估计的另种方法一是电压估算法。

    安时积分法。其方法简单一般只需要知道起始SOC或者起始开路电压和安时容量就可以精确地计算出SOC。它的缺点是:第一如果起始开路电压找不准(大约0.1% 1%的概率)或者安时容量这个随温度和年龄变化不能精确地计算出来,误差就不可避免了。另外,安时积分法不仅没有纠错能力而且还有误差积累的问题。这个方法国内几乎所有的厂家都用而国外几乎没有人用。

    电池荷电状态(SOC)的电压估算法。它是通过建立电池的数学物理模型估算出电池的开路电压从开路电压与SOC的对应关系中找出SOC国外几乎所有厂家都是基于这个方法的。电压估算法的是建立在电池的数学物理模型之上的。它的难点在与对参数的在线实时估算。国外绝大多数高校都是从电化学的能斯特定律出发建立偏微分方程。或者通过有限元求数值解。这种方法由于计算量太大,无法在汽车上应用。或者通过简化降阶,将高阶微分方程降为三四阶微分方程。既使这样,也还是只有数值解,而且,还必须知道电池的其他参数如粒子浓度。而这些参数在电池老化后是根本不可能知道的。因此也不具操作性。

    另一较为简单的方法是将复杂的物理化学变化用较为简单的等效电路取代。图1为一个电池电芯的等效电路模型。从此图可以看出要完整地描述一个电池电芯需要无穷个RC等效电路。这在实际应用中也是行不通的。所以必须进一步简化。




















    我们用的是集中参数的等效电路模型。将电池的外部电特特性用简单的等效电路模型来描述。而这些等效的电路模型又同时与电池的电化学特性等效联系起来。将非线性偏微分方程简化为线性差分方程。使BMS有能力在线计算出电池等效电路模型的每一个参数。从而时刻掌握电池的状态。管理好电池。充分利电池的潜力。使之在最佳工作状态。图2就是我们的电池电芯的等效电路模型。














  其中:

      Vo是电池的开路电压

      Rohm 是电池的等效欧姆电阻。它是温度的函数。并随着电池老化而变化。无变化规律而言。因此必须在线估计。

      Cdl是聚集在电极上的电荷的等效电容如图3所示.
















    Rct 是电荷克服电极阻力穿出电极运动的等效电阻

    CdlRct也是随着电池老化而变化并且无变化规律而言。因此必须在线估计。

    Vdiff是用来描述电极上电荷浓度梯度的等效电压即扩散电压图4所示。它的参数CdiffRdiff不仅没有解析解而且还与老化有关。也必须在线估计。















    Vh 是描述电池开路电压迟滞效应的等效电压。它通常发生在电流改变流向时。Vh在磷酸铁锂电池中尤其严重。不可忽略不计。

    我们对电池等效电路的参数估算的基本方法如图5所示,是通过对电池电压电流和温度的测量以电流的现在的状态I(k)和过去的状态I(k-1),I(k-2)以及过去的输出状态V(k-1)V(K-2) 一起作为系统的输入X(k)。即

                                                                                             (k)=[V(k-1),V(k-2),I(k),I(k-1),I(k-2)]

    通过比较电路模型的输出状态与测量状态V(k)找出模型的参数误差,以递归的方式对系统的参数P(k)进行估算。经过不断的递归找出电路的真正的等效参数P(k)Vo,Rohm,Rct,Cdl,Cdiff,Rdiff 都可以从P(k)中计算出来。









    有了以上这些参数的估算,不仅可以估算出SOC,而且还能够准确地估算出电池的最大输入输出功率(SOP)以及健康状态(SOH)。


声明:该项技术为林博士在美国授权的发明专利,如果使用必须获得林博士的授权!!