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一种电动汽车SOC修正方法研究

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  摘 要:本文主要提出了一种电动汽车与电池管理系统SOC修正方法。该方法利用安时积分和开路电压两种方法,实现电动汽车在不同状态下的SOC的动态修正和静态修正,进而保证车辆的运行可靠性。
  关键词:电动汽车;动力电池;SOC估算;修正
  电池荷电状态SOC(State of Charge)是被用来反应电池剩余容量的重要参数[1-2]。SOC的准确性与整车电池管理系统的控制策略以及续航里程等都息息相关,因此,精确地SOC估算非常重要。常用的SOC估算方法主要有安时积分法、电阻法、开路电压法、神经网络法和卡尔曼滤波法等[3]。但是不论是安时积分法还是其他智能法,都存在各自的不足之处。
  安时积分法,由于电流波动大和充放电速率影响,长期易造成累计误差,且误差越来越大。开路电压法根据电池的开路电压与SOC存在一定的对应关系,可以对电池的SOC进行估算,但是开路电压法需要稳定的电压,往往需静置一小时以上,而实际整车在行驶时电流跳动大,电压却是不能稳定的。因此,将两者结合,可以有效弥补各自不足,对SOC精度进行修正。
  本文在前人基础之上,提出一种更精确的估算动力电池SOC的修正方法。
  首先SOC定义与安时积分法相结合估算电池动态SOC值,然后用开路电压法,根据SOC与OCV的对应关系,对SOC进行静态修正,并根据整车使用情况,分类考虑,提出不同工况下SOC的静态修正方法,以提高整车SOC估算精度。
  1 电动汽车SOC估算原理
  美国先进电池联合会USABC(U.S. Advanced Battery Consortium)在其《电动汽车电池实验手册》中有关SOC的定义为:电池在一定放电倍率下,剩余电量与相同条件下额定容量的比值[4]。
  安时积分法可适用于所有电动汽车电池,如果能够精确地测量电流,有充足估计起始状态数据,是一种简单、有效的SOC估算方法。对于不同结构、不同材料的动力电池,公式各有不同。但通过对容量的修正,可以实现电动汽车在行驶过程SOC的动态估算修正。
  2.2 开路电压法修正
  开路电压法对于放电初期和末期,以及静态条件下,SOC的估算较为准确。在使用开路电压法计算SOC时,目前大多数的做法是得到不同温度不同SOC下开路电压矩阵图,即SOC-OCV对应表(下文简写为SOC2),再利用开路电压法对车辆进行静态修正。并将静态修正分为以下三种情况:满电修正、空电修正和上电修正。
  满电修正是指电动汽车通过快充或者慢充形式,将车辆充电到厂家规定的最高阈值时,进行的修正。具体的,当充电时,根据动力电池的单体电压、总压、电流等条件,判定是否充满电,如果充满电,则直接修正到100%。如果某动力电池当动力电池中某一节单体电压达到4.2V时,此时判定为充满电,但此时真实SOC为99.5%,则需要修正到100%。如果充电过程中,出现突然断电情况,按照公式(3)估算公式,充多少便是多少,不进行修正。
  空电修正指车辆行驶到不能再行驶为止。具体的,当行驶时,依据动力电池的单体电压、总压、电流等条件,判定车辆是否空电,如果空电,则直接修正0%。
  上电修正就是车辆处于下电状态到处于可行驶状态时进行的修正。首先上电初始化后,比较存储的公式(3)中的SOC1值与开路电压法SOC-OCV对应表中的SOC2的差值△SOC,进行修正。
  ①当|△SOC|≥5%时,进行修正,且SOC=;
  ②当|△SOC |<5%时,进行修正,此时SOC(t)=SOC1(t-1),即断电前一秒修正值。
  3 结论
  目前许多SOC估算方法不能满足电动汽车实时、高精度计算的要求,主要是初始容量和估算方法的不精确造成的。开路电压法在充电初期和放电末期估算SOC准确;在保证初始容量正确的前提下,安时积分算法简单易实现。本文利用两个方法的优点,将两者相结合,并在动态与静态时分类修正,更精确进行SOC估算,更接近真实值,实现了汽车各种工况下的SOC修正,给顾客更好的驾驶感受。
  资金支持:2018年奇瑞新能源汽车暨智能网联汽车产业技术创新工程项目-奇瑞新能源汽车全铝框架产线分布式在线检测系统(皖发改产业函[2018]602号)
  参考文献:
  [1]Cheng F,Liang J,Tao Z,et al. Functional materials for rechargeable batteries[J]. Advanced Materials,2011,23(15):1695-1715.
  [2]Lukic S M,Cao J,Bansal R C,et al. Energy Storage Systems for Automotive Applications[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2008,55(6):2258-2267.
  [3]華周发,李静.电动汽车动力电池SOC估算方法综述[J].电源技术,2013,37(9):1686-1689.
  [4]USABC electric vehicle Battery Test Procedures Manual. Revision 2[J]. Office of Scientific & Technical Information Technical Reports,1996.33-135.
  [5]姚朝华,张伟,杨玉梅,等.电动汽车SOC影响因素研究[J].科技视界,2018,1(2):6-7.
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