電動汽車動力電池組充放電的soc研究

電動汽車動力電池組充放電的soc研究

動態(tài)電池由特定序列組成，根據(jù)單帶的電池順序進行調(diào)整，受單帶電池制造技術的限制，單帶電池在電池容量、內(nèi)阻、衰減特性上存在偏差。動力電池組在充放電過程中單體電池間的SOC不一致將導致單體電池在充放電過程中產(chǎn)生過充、欠充、過放等問題，動力電池組中單體電池在充放電過程中的不均衡將容易造成單體電池的損壞。為解決上述問題需要做好動力電池組充放電過程動態(tài)均衡控制的優(yōu)化，對動力電池組進行精確化管理。1動力電池組動態(tài)均衡控制法現(xiàn)今應用于動力電池組SOC均衡控制的方法主要有兩大類：主動均衡控制法和被動均衡控制法。被動均衡控制法也被稱之為電阻耗能式均衡，其均衡控制的指標以單體電池的實時電壓為基準，如發(fā)現(xiàn)單體電池中存在較高的電池將使用電阻等耗能元件消耗其多余的電荷用以保障動力電池組中各單體電池的均衡。電阻能耗式均衡策略利用微控開關控制單體電池與電阻回路的導通,在動力電池組電壓測量系統(tǒng)監(jiān)測到動力電池組中單體電池的電壓不一致時,控制微控開關導通電阻回路用以消耗掉多余的部分，此種動力電池組動態(tài)均衡策略實現(xiàn)容易、設計簡單，但是不足之處在于動態(tài)均衡控制過程中將會消耗掉較多的電能，且會產(chǎn)生較為嚴重的熱堆積，同時動力電池組的動態(tài)均衡控制效率較低。動力電池組的主動均衡策略選用的是對動力電池組中電壓較高的單體電池進行開關旁路或是利用電感、電容等作為儲能元件，將動力電池組中單體電池電壓較高的部分轉(zhuǎn)移至SOC較低的單體電池中，實現(xiàn)（（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)下下頁頁））對于動力電池組的均衡控制。完全分流式均衡控制策略采用的是在動力電池組的單體電池中加裝兩個開關對電池進行單獨控制。這一控制策略盡管控制模式較為簡單，但是存在著結(jié)構(gòu)復雜、適應性差的缺陷。本文所采用的動力電池組控制策略采用的是動態(tài)均衡控制法，此種控制法其最大的優(yōu)勢在于兩種不同的均衡策略，而這兩種不同的均衡策略的提出是基于能量流向所提出的。通過對動力電池組中各單體電池的均衡加速系數(shù)進行動態(tài)的調(diào)整，實現(xiàn)對于動力電池組中N組電池的單體電流和輸出電壓的調(diào)節(jié)，通動態(tài)調(diào)節(jié)和控制用以確保動力電池組中各單體電池的均衡。動態(tài)均衡控制方法最大的優(yōu)勢在于使得動力電池組在充放電過程中均衡控制速率得到了極大的提高，同時減少了動力電池組中的SOC差異，將以往存在于動力電池組中的過充、欠充以及過放問題降至了最低。從而使得動力電池組的使用效能得到了極大的提高。2出端相串聯(lián)連接動力電池組動態(tài)均衡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用的是動力電池組中的單體電池與分布式控制器相并聯(lián)的連接方式，并將與單體電池相并聯(lián)的分布式控制器輸出端相串聯(lián)的連接形式，相串聯(lián)的輸出端將作為母線電壓產(chǎn)生端。整個動力電池組動態(tài)均衡控制系統(tǒng)采用4組相并聯(lián)的雙向升降壓DC/DC變換器，并依靠相關的均衡控制算法完成對于各控制器的控制。在對動力電池組動態(tài)均衡動態(tài)調(diào)節(jié)時通過調(diào)節(jié)變換器的開關管完成對于單體電池的升壓或是降壓操作。在對動力電池組動態(tài)均衡控制時，依靠電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)所構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)完成對于動力電池組動態(tài)均衡控制的精確調(diào)控。3動態(tài)能源電池優(yōu)化算法法3.1單體電池估算方法為實現(xiàn)對于動力電池組動態(tài)均衡控制首先需要做好動力電池組中各單體電池SOC的估算?，F(xiàn)有的單體電池SOC估算法主要有安時積分法、開路電壓法等幾種。不同的單體電池SOC估算法各有有缺點：安時積分法累積誤差較大且無法對單體電池的初始狀態(tài)進行明確的估算，內(nèi)阻法的缺點在于對于單體電池內(nèi)阻測算較為困難；神經(jīng)網(wǎng)絡法結(jié)構(gòu)和算法都復雜，但是其對于單體電池的SOC估算較為準確，不利于實際應用推廣。從成本、準確度等因素進行綜合考慮后本文選用安時法作為主要的單體電池估算法。本文以18650電池為單體電池，使用安時估算法對單體電池的SOC進行估算，通過對單體電池在不同的不同溫度、OCV和SOC之間的數(shù)據(jù)進行測算，并根據(jù)所測算的86個數(shù)據(jù)點完成上述數(shù)值函數(shù)關系的繪制，利用繪制的曲面差值完成單體電池SOC的估算。3.2動力電池組放電模式下動態(tài)控制注意問題動力電池充電模式下動態(tài)均衡控制方法其核心在于根據(jù)所估算出的單體電池SOC和動力電池組平均SOC之間的差值結(jié)合動態(tài)調(diào)整均衡加速系數(shù)來計算單體電池充電調(diào)整電流。需要注意的是動力電池組中的單體充電速率與平均SOC之間的差值呈線性關系，在計算時需要引起足夠的重視。在動力電池組放電模式下對單體電池進行動態(tài)控制時遵循的是與充電時同樣的思路，根據(jù)所單體電池的SOC和平均SOC之間的偏差來對均衡加速系數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)對于動力電池組中單體電池輸出電壓的調(diào)控。在放電均衡控制下，單體電池的輸出電壓SOC與控制電流呈反比，需要在計算時引起足夠的重視。4在充電模式下，動態(tài)平衡控制實驗被用來實現(xiàn)聚焦4.1動力電池組充電特性為驗證動態(tài)均衡控制在動力電池組充放電摸下的可行性，搭建了實驗驗證臺，實驗以4節(jié)18650電池相并聯(lián)作為單體電池,并以6組單體電池構(gòu)成了一組動力電池組，動力電池單體電壓為3.7V,單體電池容量為10.4Ah，在單體電池的測量上使用的是型號為XY195-9SY1的功率計量儀,其能夠完成0-600V區(qū)間直流電源的測定，示波器被用于顯示單體電池在充放電過程中的電壓波動，單體電池的充電采用的是直流電源。4.2動態(tài)均衡優(yōu)化首先實驗單體電池的放電控制特性：（1）將6組充滿電的單體電池通過控制方法放電至不同的SOC;(2）將放電完成的6組單體電池以0.75A的流量進行充電,充電截止電壓為4.1V。在這一過程中記錄下6組單體電池在充放電模式下的靜態(tài)和動態(tài)均衡狀態(tài)下端電壓變化情況。通過對所記錄下的數(shù)據(jù)進行分析后發(fā)現(xiàn)在應用靜態(tài)控制法時，單體電池在充放電模式下各組單體電池之間的極差最大能夠達到150mV，整個均衡過程貫穿充放電全程,截止到單體電池沖放電完成，6組單體電池之間的極差能夠從最大的150mV降至50mV。而在采用動態(tài)均衡控制法時，6組電池間的極差能夠湊最大的150mV降低至30mV，而且整個均衡時間相較于靜態(tài)均衡法減少了30%左右，使得動力電池組中單體電池之間的SOC一致性得到了明顯的改善。在應用靜態(tài)均衡法的過程中均衡加速度系數(shù)總體為13.3左右，且保持的較為良好，而動態(tài)均衡法則不同在整個均衡控制的過程中均衡加速系數(shù)則一直處于動態(tài)調(diào)節(jié)的狀態(tài)，且相對于靜態(tài)均衡法動態(tài)均衡控制法所耗費的時間大為減少，均衡速率大為提高。5動力電池組soc動態(tài)均衡動力電池組是新能源車輛的動力核心，新時期隨著新能源車輛的快速發(fā)展對于動力電池組的需求量大增，為解決動力電池組在充放電模式下的SOC不一致及均衡速率較慢的問題，本文采用了新的動態(tài)均衡控制方法，這一方法基于所估算的單體電池SOC與動