新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法研究

李飛飛

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

1 新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法

（1）構(gòu)建鋰電池荷電狀態(tài)估算模型。根據(jù)現(xiàn)有新能源汽車工作原理及特點(diǎn)來說，其成本與性能能否與內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)行抗衡，電池系統(tǒng)是關(guān)鍵。新能源汽車催化劑成本較高與存儲(chǔ)技術(shù)難度較大是新能源汽車較大[1]，因此通過對目前三種不通類型的新能源電動(dòng)汽車優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，其結(jié)果如下表1所示：

表1 三種不同類型新能源汽車優(yōu)缺點(diǎn)對比

根據(jù)上述分析，構(gòu)建鋰電池荷電狀態(tài)估算模型，方便對電池荷電狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)度與復(fù)雜性的估算。在建立模型時(shí)，基礎(chǔ)模型采用等效電路模型的構(gòu)建方法[2]。通過對電池組與整體電路模型之間的搭建，能夠判別等效電路模型與電池荷電狀態(tài)之間關(guān)系。

其中，T為整體系統(tǒng)開關(guān)周期；D為占空比；t為時(shí)間；Vi為Bi電壓；L為Li電感值。

而當(dāng)Sia斷開時(shí)，Li的電流線性出現(xiàn)下降情況，此時(shí)電感為充電，其公式為：

其中，Ip為Li電流峰值；Vj為Bj的電壓。

通過上述計(jì)算，從而得到在一定周期內(nèi)，均衡子電路Si減少電池Bi充電電流的平均值Iid為：

為保證在充電過程中，各個(gè)電感能夠復(fù)位，將其中電感電流從最大值降到0時(shí)所用時(shí)間Tf帶入，因此Tf+D?T≤T；當(dāng)Tf+D?T＜T，此時(shí)電感電流呈現(xiàn)斷續(xù)模式。而當(dāng)Tf+D?T=T時(shí)，電感電流臨界連續(xù)。此時(shí)，若i＞k，估算電路均衡子電路Si對電池進(jìn)行放電均衡。

（3）計(jì)算放電過程參數(shù)。在放電過程中，當(dāng)i≤k時(shí)，控制電路控制均衡子電路Si對電池進(jìn)行充電均衡。當(dāng)Sib開通狀態(tài)下，其流過電感Li的電流成線性上升，其計(jì)算公式為：

其中Vi為Bi電壓，Ip為電流Li的電流峰值。

在周期內(nèi)，均衡子電路Si給電池Bi充電電流平均值Iic為：

通過計(jì)算從而完成對整體放電過程參數(shù)計(jì)算。

（4）實(shí)現(xiàn)鋰電池荷電狀態(tài)估算。在計(jì)算過程中，其荷電狀態(tài)估計(jì)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽油車的剩余油量估計(jì)，因此，其荷電狀態(tài)主要受到充放電倍率、電池溫度、自放電率以及電池壽命等因素的影響。因此在一定放電倍率條件下，其荷電狀態(tài)與剩余電量與相同條件下額定容量成正比，即：

其中，QC為剩余電量；CI為電池恒電流放電時(shí)的額定容量，同時(shí)可以表示為：

通過計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算。

2 實(shí)驗(yàn)分析

圖1 新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算準(zhǔn)確率對比

為驗(yàn)證新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法的有效性，設(shè)計(jì)如下對比實(shí)驗(yàn)。以新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)作為實(shí)驗(yàn)對象，分為兩組，其中新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法方法為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)估算方法作為對照組，在估算單一變量的前提下，分別記錄新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)準(zhǔn)確率。對兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定相應(yīng)的條件，為保證實(shí)驗(yàn)的公平性，實(shí)驗(yàn)組、對照組參數(shù)始終保持一致。為了驗(yàn)證新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法的差異，實(shí)驗(yàn)組將按照需求使用新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法方法進(jìn)行操作，而傳統(tǒng)方法采用傳統(tǒng)估算方法。

實(shí)驗(yàn)組與對照組同時(shí)對新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法準(zhǔn)確率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別記錄汽車行駛25km、50km、100km、150km、200km、250km內(nèi)，新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法準(zhǔn)確率。為避免突發(fā)性事件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的干擾，實(shí)驗(yàn)組與對照組處理參數(shù)相同，具體結(jié)果如下。分析上圖可知，新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法準(zhǔn)確率對比試驗(yàn)中，隨著時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)組的準(zhǔn)確率一直呈較為穩(wěn)定的狀態(tài)。對照組整體準(zhǔn)確率不穩(wěn)定。所以，可證明新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法與傳統(tǒng)延控方式相比，其準(zhǔn)確率能夠得到8%的提升。

3 結(jié)語

新能源汽車作為我國重點(diǎn)發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)之一，不僅加快了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的培育與發(fā)展，同時(shí)也是我國針對能源與環(huán)境問題的一種戰(zhàn)略措施，在推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)不斷升級的同時(shí)，加速汽車產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。因此，對新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法研究過程中，針對新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀與限制其發(fā)展因素進(jìn)行分析，從而針對常用荷電狀態(tài)估計(jì)方法上，對新能源汽車鋰電池荷電狀態(tài)估算方法進(jìn)行研究。在通過建立電池模型的前提下，對新能源汽車的鋰電池充電與放電狀態(tài)下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而對電路模型在線參數(shù)識別與狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。通過仿真實(shí)驗(yàn)從而證明方法可行性，從而進(jìn)一步減小電路板體積及提高電路板可靠性。