新能源汽車電池系統(tǒng)SOC范圍選擇

1、新能源汽車電池系統(tǒng)SOC范圍選擇某兄臺(tái)的文章頗受好評(píng)，特此快馬加鞭編輯這篇文章來(lái)談?wù)勑履茉雌囯姵叵到y(tǒng)的SOC范圍選擇。荷電狀態(tài) SOC（State of Charge）,在電池手冊(cè)Handbook of Batteries, 3rd Edition中的定義為：SOC=Q1/Q0 =電池可用容量/電池額定容量，電池可用容量和額定容量的百分比動(dòng)力電池系統(tǒng)的SOC需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線估算,因此電池的剩余容量多利用車載狀態(tài)較容易測(cè)量的電流、時(shí)間、電壓和內(nèi)阻等參數(shù)輸入預(yù)設(shè)的模型和算法中進(jìn)行估算得到。注：目前的SOC定義是針對(duì)電池單體,對(duì)于電池系統(tǒng)目前還沒有較統(tǒng)一的定義，實(shí)際使用過(guò)程中，較簡(jiǎn)單的辦法是將電池

2、組等效為電池單體。為確保電池的安全性，常選用電池組中最差電池單體的SOC來(lái)表征電池組的SOC。實(shí)際的BMS里面，一般對(duì)電池的實(shí)際容量，可用容量都要進(jìn)行估算，特別是隨著壽命進(jìn)行變化的過(guò)程，Trick是一個(gè)BMS會(huì)有循環(huán)次數(shù)和過(guò)往數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助處理。電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,SOC使用范圍的選擇對(duì)電池系統(tǒng)的以下幾方面有重大影響。1）安全性· 安全性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先考慮的因素· 混合動(dòng)力的電池系統(tǒng)通常SOC區(qū)間一般會(huì)在中間部分,大多會(huì)在30%-80%，這樣出現(xiàn)過(guò)充和過(guò)放問題的可能性較小。注：現(xiàn)在的混合動(dòng)力，往插電式的演進(jìn)快速前進(jìn)，電池大一些帶來(lái)的成本問題，由于補(bǔ)貼、拍照和油耗積分等因素一下

3、子局面反轉(zhuǎn)了；因此當(dāng)電動(dòng)續(xù)航里程的強(qiáng)制要求下，上下限的SOC范圍往往進(jìn)一步被拉寬，帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，容以后細(xì)表。2）整車&電池性能· 電池系統(tǒng)的峰值充放電功率的需求選擇SOC的使用范圍(此處暫且不考慮冷啟動(dòng)的需求影響和傳遞效率問題）§ 電機(jī)及電機(jī)控制器等負(fù)載的峰值放電功率要求 Pdis_max Pl_peak，保證在其SOC使用范圍內(nèi)電池組的峰值放電功率應(yīng)大于負(fù)載的最大功率需求。§ 能量回饋過(guò)程的峰值充電功率要求 Pcha_max Pr_peak ，為了盡可能多的接受回收的能量,應(yīng)滿足所設(shè)定的峰值充電功率要求§ 峰值充放電功率所對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間

4、67; 電池系統(tǒng)在其SOC范圍內(nèi)必須滿足負(fù)載的峰值功率要求。對(duì)某電池系統(tǒng)建立SOC與其充放電10秒峰值功率的關(guān)系圖，據(jù)充放電功率的要求，只有SOC在20%50%才能滿足系統(tǒng)所需的功率要求· SOC控制區(qū)間的選擇還要根據(jù)整車工況能量需求確定§ Step 1 梳理整車需求，爬坡、加速等§ Step 2 計(jì)算最低可用能量§ Step 3 篩選待選方案，選擇不同規(guī)格的電池系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真§ Step 4 分析針對(duì)不同電源系統(tǒng)產(chǎn)生的油耗情況=>決定電池系統(tǒng)的最低可用能量§ Step 5 依據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的電壓平臺(tái)=>選擇適當(dāng)?shù)目偰芰颗cS

5、OC使用范圍§ 注：這個(gè)電壓平臺(tái)的事情，是綜合考慮的，我曾問一位美國(guó)的工程師，豐田用DC-DC提升電壓，為啥我們不用？他言及是部分人的想法，不想那個(gè)IGBT熱應(yīng)力導(dǎo)致很多車召回。真要做決策做系統(tǒng)分析，最重要的還是拿出更多的評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分類和整理。· SOC使用范圍的選擇應(yīng)考慮系統(tǒng)效率的最優(yōu)區(qū)間§ 電池系統(tǒng)，能量分別分配到電池系統(tǒng)內(nèi)部阻抗和外界負(fù)載上，輸出效率取決于電池系統(tǒng)內(nèi)阻。§ 電池在混合動(dòng)力模式下用于功率調(diào)峰，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常工作在內(nèi)阻較低的SOC范圍內(nèi)。圖為某款三元鋰離子電池應(yīng)用HPPC測(cè)試方法測(cè)得電池不同SOC下的功率分布，在SOC中間區(qū)域內(nèi)阻較小

6、，此區(qū)域內(nèi)對(duì)外輸出效率較高。· 效率是考核電池系統(tǒng)的重要指標(biāo)，對(duì)整車來(lái)說(shuō)系統(tǒng)能量效率越高越好。· 根據(jù)整車的應(yīng)用工況，測(cè)試不同SOC范圍內(nèi)的能量效率，確定最大的能量效率下的SOC應(yīng)用范圍。· 通常充電和放電電壓最平穩(wěn)的階段就是能量效率最好的區(qū)間=>充電或者放電電壓不會(huì)有較大的變化能量效率最穩(wěn)定，且較高。§ 計(jì)算方法為：電壓平臺(tái)區(qū)，電壓對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得到倒數(shù)絕對(duì)值較小的區(qū)域· 不同的SOC區(qū)間，電池系統(tǒng)內(nèi)各電池單體的一致性不同 =>盡量選擇一致性較高區(qū)域，來(lái)保證較高的系統(tǒng)輸出效率§ SOC較高和較低的區(qū)域的電池參數(shù)的偏差較高&#

7、167; 中間區(qū)域的一致性偏差較低· 針對(duì)四個(gè)電池模組進(jìn)行電壓極差檢測(cè)，電池在40%80%的區(qū)域極差較小，電池一致性較高。注：這塊內(nèi)容，用廣義的來(lái)看，就是燃油經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)性分析，電能損耗直接反映出來(lái)的就是油耗水平。3) 電池系統(tǒng)壽命 對(duì)于電池系統(tǒng)而言，不同的SOC的使用區(qū)間對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)壽命。· 系統(tǒng)SOC區(qū)間越大，壽命越小，其循環(huán)壽命基本符合指數(shù)增長(zhǎng)。· 但是如果單方面為了增長(zhǎng)系統(tǒng)壽命而加大電池系統(tǒng)的能量,來(lái)減小SOC使用區(qū)間，對(duì)于系統(tǒng)成本和系統(tǒng)布置都會(huì)產(chǎn)生不利影響.§ 考慮電池系統(tǒng)的成本接受程度=成本變化對(duì)整車成本是個(gè)非常敏感的因素。· 相同的SOC使用區(qū)間，但是起始點(diǎn)不同的話，即同樣的DOD（depth of discharge 電池放電深度）范圍，相同SOC使用區(qū)間情況下的其系統(tǒng)壽命也存在差異。·· 此處考察點(diǎn)就是對(duì)SOC均值的影響，在同樣的SOC=20情況下，針對(duì)不同的SOC均值（35%，45%，55%）的吞吐量與SOC的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，均值越小，其壽命越長(zhǎng)。）其他考慮因素SOC使用區(qū)間的選擇中還需要考慮&