動(dòng)力鋰電池荷電狀態(tài)SOC是電池管理系統(tǒng)BMS關(guān)鍵技術(shù)

來源：存能電氣  日期：2019-10-30 15:53  瀏覽量：次

　　動(dòng)力鋰電池荷電狀態(tài)SOC是電池管理系統(tǒng)BMS關(guān)鍵技術(shù)。準(zhǔn)確的SOC估算是電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心部件之一，主要作用是對(duì)鋰電池組進(jìn)行安全監(jiān)控及有效管理，以提高電池使用效率，延長電池使用壽命，降低運(yùn)行成本，進(jìn)一步提高電池組的可靠性。

　　動(dòng)力鋰電池荷電狀態(tài)SOC是電池管理系統(tǒng)BMS關(guān)鍵技術(shù)

　　鋰電池的荷電狀態(tài)SOC描述了電池的剩余數(shù)量，是電池在使用過程中最重要的參數(shù)之一。準(zhǔn)確估計(jì)SOC可以防止鋰電池的過充電或者過放電，有效延長電池的使用壽命，并且在電動(dòng)汽車的行駛中可以預(yù)知可續(xù)駛里程。

　　由于SOC荷電狀態(tài)估算受溫度、老化、充放電倍率、自放電等因素的影響，使得電池在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)為高度的非線性，導(dǎo)致SOC的精確估算十分困難。

　　一般而言電動(dòng)汽車的鋰電池管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：①準(zhǔn)確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量；②保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)；③防止由于過充電或過放電對(duì)電池的損傷，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。

　　鋰電池組的SOC直接反映了電池組的剩余可用容量，是評(píng)估電池組當(dāng)前性能的重要指標(biāo)，同時(shí)也是估計(jì)電動(dòng)汽車當(dāng)前可續(xù)行里程的重要參數(shù)。

　　功率狀態(tài)反映了電池組當(dāng)前狀態(tài)下所有能夠輸出的最大功率，這是由于在不同的放電深度，在保證電池組的壽命和安全性的前提下，電池所能夠承受的充放電電流受到限制，雖然SOC的大小在一定程度上決定了電池組所能承受的最大充放電功率，但還不夠全面，為了保證電動(dòng)汽車的安全行駛，必須能夠?qū)﹄姵亟M的功率狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估并將結(jié)果傳送到整車控制系統(tǒng)和充電控制系統(tǒng)以優(yōu)化充放電過程。

　　鋰電池的SOC荷電狀態(tài)反映了鋰電池組的安全性和容量衰減程度，主要描述參數(shù)有總?cè)萘康乃p，電池內(nèi)阻的變化，系統(tǒng)的絕緣阻抗等，目前還沒有統(tǒng)一的定義對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。

　　提高動(dòng)力鋰電池組使用性能的解決方案

　　(1)通過大量的鋰電池充放電實(shí)驗(yàn),在分析了現(xiàn)有鋰離子電池模型的基礎(chǔ)上,提出了一種改進(jìn)的二階RC等效電路模型,這種模型便于汽車級(jí)的嵌入式處理器進(jìn)行在線計(jì)算。驗(yàn)證了模型可以較好的模擬鋰電池的外在特性,良好的模型計(jì)算精度為后續(xù)進(jìn)行鋰電池狀態(tài)估算奠定了基礎(chǔ)。

　　(2)對(duì)電池荷電狀態(tài)的定義進(jìn)行了詳細(xì)闡述,綜合比較了目前較為常見的鋰電池荷電狀態(tài)估算理論,針對(duì)鎳鈷錳三元鋰離子電池搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并詳細(xì)闡述了主流的卡爾曼濾波SOC估算方法,提出了基于改進(jìn)迭代中心差分卡爾曼濾波的SOC估算算法及將此算法與開路電壓法進(jìn)行加權(quán)融合的新算法,通過實(shí)驗(yàn)證明新的加權(quán)融合算法具有更高的估算精度。

　　(3)針對(duì)動(dòng)力電池的安全使用,研究了電池最大充放電的功率估算問題,并提出了基于改進(jìn)雙極化等效電路模型的電池最大估算方法,以便在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)電池的充放電功率進(jìn)行必要的控制,一方面可以最大限度的發(fā)揮電池的效能,另外也能起到對(duì)電池組的保護(hù)。

　　(4)針對(duì)動(dòng)力鋰電池組的均衡問題,由于雙層開關(guān)電容均衡法有著均衡速度快、控制簡單的優(yōu)點(diǎn),但是常規(guī)的開關(guān)電容容易產(chǎn)生開關(guān)損耗和電磁干擾,針對(duì)這一問題,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了本文所提出的均衡控制方法的有效性,為動(dòng)力鋰離子電池組管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)提供了有效的依據(jù)和保證。

　　(5)在研究了鋰離子動(dòng)力電池組狀態(tài)估算和均衡理論的基礎(chǔ)上，動(dòng)力電池組的故障診斷及保護(hù)策略,應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法對(duì)電池管理系統(tǒng)采集的電池組狀態(tài)信息進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),評(píng)估電池組的系統(tǒng)可靠性風(fēng)險(xiǎn),為故障診斷系統(tǒng)的保護(hù)策略提供了量化依據(jù)。

　　總之，無論是國內(nèi)還是國外，對(duì)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研究仍處于一個(gè)初級(jí)階段，如何準(zhǔn)確的估算動(dòng)力鋰電池的SOC數(shù)值以及有效地進(jìn)行電池組的均衡控制是當(dāng)前BMS系統(tǒng)的兩個(gè)研究瓶頸。