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車用鋰離子動(dòng)力電池SOC的研究

作者: 時(shí)間:2011-12-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1.3.2 庫(kù)侖效率η的計(jì)算

  放電庫(kù)侖效率定義為以特定電流和溫度(可以為任意的)進(jìn)行恒流恒溫放電,放完為止,用放出的電量與未放電前的電量相比。

  充電庫(kù)侖效率定義為在空電量狀態(tài)下以特定的電流(一般為定義好的)和溫度進(jìn)行充電,充到放電前電量為止,用充入的電量與電池放電前電量相比。

  由于內(nèi)阻及極化現(xiàn)象的存在,電池的充放電過(guò)程會(huì)有電量的損失,從而造成安時(shí)法計(jì)算的電量不能完全反映電池充放電真實(shí)電量的情況,庫(kù)侖效率則反映了兩者間差別。

  傳統(tǒng)定義下的庫(kù)侖效率沒(méi)有考慮充放電差異、電流大小、運(yùn)行溫度等因素的影響。為了克服傳統(tǒng)庫(kù)侖效率的缺點(diǎn),本文用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)庫(kù)侖效率進(jìn)行估算,因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具有表示任意非線性關(guān)系和學(xué)習(xí)能力的優(yōu)點(diǎn),這樣可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

  本文采用自適應(yīng)模式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),如圖3所示,其結(jié)構(gòu)為輸入層兩個(gè)節(jié)點(diǎn),電流和溫度;中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況而定(本文采用19個(gè)節(jié)點(diǎn));一個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)η。采用電流和溫度作為輸入節(jié)點(diǎn)的原因是庫(kù)侖效率η主要是受其影響,特別是受電流的影響較大。

  圖3 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

  圖3 自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

  用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算庫(kù)侖效率η的過(guò)程是:(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù);(2)用獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練;(3)將訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于估算中實(shí)時(shí)估算η。

  圖4,圖5是充放電庫(kù)侖效率與電流、溫度的關(guān)系曲線圖。圖4、5 中連線表示從充放電實(shí)驗(yàn)中得出的曲線,“+”表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算的結(jié)果。

  圖4 放電庫(kù)侖效率與電流、溫度的關(guān)系曲線圖

  圖4 放電庫(kù)侖效率與電流、溫度的關(guān)系曲線圖

  圖5 充電庫(kù)侖效率與電流、溫度的關(guān)系圖

  圖5 充電庫(kù)侖效率與電流、溫度的關(guān)系圖

  從兩圖可以看出充放電庫(kù)侖效率的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相符,說(shuō)明可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算庫(kù)侖效率η。

  最后,鋰電池隨著充放電次數(shù)的增加會(huì)逐漸老化,其表現(xiàn)是電池的實(shí)際容量會(huì)減少,對(duì)此可以用公式 :Q=100×Qch/(sf-si)對(duì)電池的實(shí)際容量進(jìn)行修正。式中:Q表示修正后的實(shí)際容量;SOCsf表示充電前在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的SOC值,SOCsi表示充電后在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的SOC值;Qch表示在充電狀態(tài)下充入電池的電量。經(jīng)過(guò)對(duì)電池的實(shí)際容量的修正將會(huì)進(jìn)一步減少SOC的計(jì)算誤差,使其更加接近實(shí)際值。

  2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  圖6 電池工作電流曲線

  圖6 電池工作電流曲線

  為了檢驗(yàn)此方法的準(zhǔn)確性,我們以龍門旅游區(qū)旅游用電動(dòng)車(電池標(biāo)準(zhǔn)容量60Ah)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)前以0.3C的電流向電池充入49.12Ah電量(對(duì)應(yīng)SOC值為0.816),將硬件測(cè)試系統(tǒng)(電壓、電流、溫度傳感器精度是0.5%,采樣時(shí)間為0.5s/次)安裝在電動(dòng)車上,在常規(guī)路況下行駛進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)后用0.1C放出21.61Ah電量(對(duì)應(yīng)SOC為0.358)。圖6、圖7分別為硬件系統(tǒng)所記錄的電池電流、溫度曲線圖。圖8為硬件系統(tǒng)記錄的各種SOC估計(jì)方法比較,Ah曲線表示安時(shí)計(jì)量法計(jì)算的SOC;Ah-K曲線表示加上庫(kù)侖效率因子后安時(shí)計(jì)量法計(jì)算的SOC;Ah-K-D表示加上庫(kù)侖效率因子和電量的動(dòng)態(tài)恢復(fù)量后安時(shí)計(jì)量法計(jì)算的SOC.

  圖7 電池工作溫度曲線圖

  圖7 電池工作溫度曲線圖

  實(shí)驗(yàn)表明,單純的安時(shí)計(jì)量法(Ah法)計(jì)算的SOC誤差較大,這是因?yàn)殡姵卦诠ぷ鬟^(guò)程中會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象;經(jīng)過(guò)庫(kù)侖效率修正后(Ah-K法)可以大大消除極化現(xiàn)象的影響,提高了安時(shí)計(jì)量法計(jì)算SOC的準(zhǔn)確度,終止時(shí)刻的SOC值接近真實(shí)值;在此基礎(chǔ)上通過(guò)增加電量的動(dòng)態(tài)恢復(fù)量(Ah-K-D法)進(jìn)一步提高了SOC的準(zhǔn)確度,終止時(shí)刻的SOC值最接近真實(shí)值(0.358),從而說(shuō)明了Ah-K-D 法效果良好。

  圖8 不同SOC 方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

  圖8 不同SOC 方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

  3、結(jié)論

  本文在SOC估算上采用了一種新思路,即將鋰電池的工作狀況分為三個(gè)狀態(tài),每一狀態(tài)應(yīng)用適合其情況的方法估算SOC,從而完成了電池在整個(gè)工作過(guò)程中的SOC的計(jì)算。

  此方法最大可能地消除了影響SOC估算的因素,從而提高了SOC估算的精度。文章還特別針對(duì)充放電過(guò)程中的極化現(xiàn)象以及電池長(zhǎng)時(shí)間使用所表現(xiàn)出的老化現(xiàn)象提出了改進(jìn)措施,并產(chǎn)生了較好的效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明本文提出的方法易于在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),估算出的SOC 值準(zhǔn)確,能夠達(dá)到汽車的應(yīng)用要求。


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