動(dòng)力電池重要參數(shù)定義與測量計(jì)算方法

1/9.動(dòng)力電池重要參數(shù)定義及測量計(jì)算方法1.概述本文檔的編寫主要是為了方便公司內(nèi)部研發(fā)人員更加快速清楚地認(rèn)識(shí)電池的一些重要特性參數(shù)及其測量計(jì)算方法.主要包括動(dòng)力電文檔主要參考了動(dòng)力電池的國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以及網(wǎng)上的一些權(quán)威資料信息,同時(shí)結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)整合編寫而成.當(dāng)前可用容量占初始容量的百分比〔國標(biāo).C定容量的比值.SOC額定容量-容量衰減因子>其中剩余容量=額定容量-凈放電量-自放電量-溫度補(bǔ)償動(dòng)力電池的剩余電量是影響電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和行駛性能的要因素,準(zhǔn)確的SOC估算可以提高電池的能量效率,延長電池的使用2/9.制和電池均衡的重要依據(jù).實(shí)際應(yīng)用中,我們需要根據(jù)電池的可測量值如電壓電流結(jié)合電池C電壓法等.這些算法共同特點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn),但是對實(shí)際工況中的內(nèi)外界SSOC一些較為復(fù)雜的算法被提出,例如：卡爾曼濾波算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊估計(jì)算法等新型算法,相比于之前的傳統(tǒng)算法其計(jì)算量大,但精度更高,其中卡爾曼濾波在計(jì)算精度和適應(yīng)性上都有很好的表現(xiàn). 0Q是電池的額定容量,i<t>是電池充放電電流〔放電為正.0流的積分,所以理論上講安時(shí)法是最準(zhǔn)確的.同時(shí),它也易于實(shí)現(xiàn),只需測量電池充放電電流和時(shí)間,而在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí),采用離散化計(jì)算公式如下：計(jì)算SOC,受到測量誤差和噪聲干3/9.SOC溫度等因素也沒有考慮,同時(shí)電池的初始SOC值無法通過安時(shí)法得到.通常,C的基礎(chǔ)或結(jié)合其他算法來進(jìn)行估算. SOC壓法得到電池電動(dòng)勢的準(zhǔn)確值,首先需要電池靜置一段時(shí)間,此時(shí)的開此得到電池的SOC.通過實(shí)驗(yàn)獲得鋰電池充放電的值.需要電池在一段時(shí)間靜置下以消除電池電壓、容量在外OC大. 法是利用系統(tǒng)和測量動(dòng)態(tài)的知識(shí)、假設(shè)的系統(tǒng)噪聲和測量誤差的統(tǒng)計(jì)特性,以及初始條件信息,對測量值進(jìn)行處理,求得系統(tǒng)狀態(tài)的最小誤差估計(jì).電動(dòng)汽車用的電池組,可看作是由輸入和輸出組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng).在了解系統(tǒng)一定先驗(yàn)知識(shí)的前提下,建立系統(tǒng)的狀態(tài)4/9.參數(shù)方程,再利用輸出的校驗(yàn)作用,獲得對系統(tǒng)包括荷電狀態(tài)在內(nèi)無法直接測量的內(nèi)部參數(shù)估計(jì).在電池等效電路模型或電化學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程和測量方程.根據(jù)電池組放電試驗(yàn)數(shù)據(jù),應(yīng)用卡爾曼濾波算法估計(jì)電池組的開路電壓,實(shí)現(xiàn)對電池荷電狀態(tài)的估計(jì).其優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)采集到的電壓電流,由遞推法法得到SOC的最小方差估計(jì),解決SOC初值估計(jì)不準(zhǔn)和累計(jì)誤差的問題；缺點(diǎn)是對電池模型依賴性很強(qiáng),對系統(tǒng)處理器的速度要求較高.3.1電池健康狀態(tài)SOH的定義SOH定義是在標(biāo)準(zhǔn)條件下動(dòng)力電池從充滿狀態(tài)以一定倍率放電至截止電壓所放出的容量與其所對應(yīng)的標(biāo)稱容量〔實(shí)際初始容量的比值,該比值是電池健康狀況的一種反映.簡單來說,也就是電池使用一段時(shí)間后某些直接可測或間接計(jì)算得到的性能參數(shù)的實(shí)際值與標(biāo)稱值的比值,用來判斷電池健康狀況下降后的狀態(tài),衡量電池的健康程度,其實(shí)際表現(xiàn)在電池內(nèi)部某些參數(shù)SOH具體有如下幾種方法： 定義SOH：SOH=Q大電量. OH5/9.MN其中,CMN其中,C為電池當(dāng)前測量容量,C為電池標(biāo)稱容量.MN度定義SOH：EOLnew其中,R為電池壽命終結(jié)時(shí)的電池內(nèi)阻,REOLnewOH一的對應(yīng)函數(shù)來與實(shí)際的SOH對應(yīng).比如,基于單體電池的容量,SOH實(shí)際可用下面公式計(jì)算：其中CEOL為電池壽命終止〔報(bào)廢時(shí)的容量,是一個(gè)常數(shù).上面SOH設(shè)定義中SOH=C/C=X3.2幾種常見的SOH估算方法放電測試需要對電池進(jìn)行一個(gè)完全的放電循環(huán),然后測試出放電容量與新電池的標(biāo)稱容量進(jìn)行比較.這個(gè)方法是目前公認(rèn)最可靠的方法,但是這種方法的缺點(diǎn)也很明顯,需要電池離線測試和較長的測6/9.試時(shí)間,測試完之后需對電池重新充電.內(nèi)阻法H長,電池的內(nèi)阻會(huì)隨之增加,電池的可用電量同時(shí)會(huì)不斷減少,通過這點(diǎn)這種方法也有缺點(diǎn)：大量研究表明,當(dāng)電池容量下降到原來的0%時(shí)電池的歐姆內(nèi)阻才會(huì)發(fā)生顯著變化,這與一般規(guī)定的時(shí)電池的內(nèi)阻本來就是毫歐級別的數(shù)值,它準(zhǔn)確測量也是一個(gè)難點(diǎn). 這是一種較復(fù)雜的方法,通過對電池施加多個(gè)不同頻率的正弦信號,然后根據(jù)模糊理論對已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而獲得此電池的特性,預(yù)測當(dāng)前電池的性能.使用這種方法需要大量阻抗及阻抗譜相關(guān)理論,且需要較為昂貴的器材,故暫不推薦.電池的內(nèi)阻很小,我們一般用毫歐〔mΩ的單位來定義它.內(nèi)阻是衡放電能力強(qiáng),內(nèi)阻大的電池放電能力弱.R化內(nèi)阻〔Re.對于鋰離子電池來說,電池的歐姆內(nèi)阻〔RΩ,主要有鋰離子通過電解質(zhì)時(shí)受到阻力7/9.ee擴(kuò)散轉(zhuǎn)移過程中的極化電阻、濃差極化電阻等.Ωe歐姆內(nèi)阻〔R服從歐姆定律,電化學(xué)極化內(nèi)阻〔RΩe不同類型的電池內(nèi)阻不同.相同類型的電池,由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致,內(nèi)阻也不一樣.另外,無論是R還是R都會(huì)隨著電池使用條件的不Ωe別對應(yīng)測得電池的交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻.由于電池內(nèi)阻很小,測直流內(nèi)由于電極容量極化,產(chǎn)生極化內(nèi)阻,故無法測出其真實(shí)值；而測交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響,得出真實(shí)的內(nèi)值〔主要為歐姆內(nèi)阻.R=ΔV/ΔI,測試設(shè)備讓電池一般使用40A-80A的大電流,測量此時(shí)電池兩端的電壓變化,并按公式計(jì)算出當(dāng)前的電池當(dāng)精確度可以控制在0.1%以內(nèi),但也有明顯的不當(dāng)電池通過大電流時(shí),電池內(nèi)部發(fā)生極化現(xiàn)象,產(chǎn)生極化內(nèi)阻.故測量時(shí)間必須很短,否則測出的內(nèi)阻值誤差很大.一般使用專門的測試儀器,其方法原理如下：利用電池等效于一個(gè)有源電阻的特點(diǎn),給電池施加一個(gè)固定頻率和固定對其電壓進(jìn)行采樣,經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通過運(yùn)放電路計(jì)8/9.可能受紋波/諧波電流干擾,對測量儀器電路的抗干擾能力要求高；〔3無法實(shí)時(shí)在線測量.電池的自放電又稱荷電保持能力,它是指在開路狀態(tài)下,電池存儲(chǔ)的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力〔或內(nèi)部的自發(fā)反應(yīng)而引起的化影響.度范圍為－20~45℃.電池充滿電開路放置一段時(shí)間后,一定程度的自還是微不足道的,且引起的容量損失大部分都可以恢復(fù),這是由鋰電池結(jié)構(gòu)所決定的.但是在不適宜的環(huán)境溫度下,鋰電池的自放電率還是很驚人的,這會(huì)對電池的使用壽命產(chǎn)生很大影響.同時(shí),單體電池自放電的不一致性是影響電池組一致性的重要因素,自放電差別大,使用過程中電池的不一致性會(huì)較快體現(xiàn)出來.動(dòng)力電池的容量、充放電內(nèi)阻與開路電壓都受溫度的影響. (1)環(huán)境溫度對磷酸鐵鋰電池容量的影響很大,低溫時(shí)容量迅速衰9/9