純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng).

1、純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)李哲李哲清華大學(xué)汽車工程系發(fā)動(dòng)機(jī)控制課題組清華大學(xué)汽車工程系發(fā)動(dòng)機(jī)控制課題組2006.12NSSN1 純電動(dòng)概述純電動(dòng)概述2 純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)組成純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)組成3 動(dòng)力系統(tǒng)的不同布置方法動(dòng)力系統(tǒng)的不同布置方法4 電機(jī)電機(jī) 5 電池電池 電池的反應(yīng)式和基本類型比較電池的反應(yīng)式和基本類型比較 三類主要實(shí)驗(yàn)，放電特性三類主要實(shí)驗(yàn)，放電特性 與充電方法與充電方法 BMS的任務(wù)的任務(wù) SOC估計(jì)方法估計(jì)方法 單體差異單體差異 安全性管理安全性管理提綱提綱概述概述 發(fā)展純電動(dòng)車的原因發(fā)展純電動(dòng)車的原因 環(huán)境環(huán)境 資源資源 政策政策 市場(chǎng)需求市場(chǎng)需求 據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)

2、測(cè)，從2007年我國(guó)電力將開(kāi)始盈余。微型電動(dòng)汽車在夜間充電有利于我國(guó)電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化，假定我國(guó)2020年電動(dòng)汽車、微型電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車保有量分別達(dá)到50萬(wàn)、500萬(wàn)和2億輛，以三類電動(dòng)車年行使里程2萬(wàn)公里、1萬(wàn)公里和5000公里為例計(jì)算，夜間充電將為電網(wǎng)提供總裝機(jī)容量近7%的蓄能設(shè)備，為電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)約投資成本約1000億元。到2008年，北京地區(qū)的機(jī)動(dòng)車排放將實(shí)行相當(dāng)于歐洲號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。北京奧組委在北京奧運(yùn)行動(dòng)規(guī)劃科技奧運(yùn)建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃中，將電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)、示范及產(chǎn)業(yè)化研究、動(dòng)力鋰離子電池及關(guān)鍵材料研究列入重點(diǎn)任務(wù)。動(dòng)力系統(tǒng)組成：動(dòng)力系統(tǒng)組成：電池及其管理系統(tǒng)電池及其管理系統(tǒng)電機(jī)及其管理系統(tǒng)電機(jī)及其

3、管理系統(tǒng)輔助子系統(tǒng)輔助子系統(tǒng)純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)組成純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)組成動(dòng)力系統(tǒng)的不同布置方法動(dòng)力系統(tǒng)的不同布置方法電機(jī)電機(jī)電磁場(chǎng)基本原理電磁場(chǎng)基本原理磁通、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率電&磁：電動(dòng)勢(shì)E 磁通勢(shì)F=NI電流 I 磁通 電流密度I/S 磁感應(yīng)強(qiáng)度B電阻R=L/rs 磁阻 Rm=L/SI=E/R=E/(L/rs) =F/Rm=NI/(L/S)磁場(chǎng)相互作用磁場(chǎng)相互作用兩個(gè)空間磁場(chǎng)，產(chǎn)生相互作用力，使得磁力線方向趨于一致。（指南針）磁力線總是喜歡從磁阻小得地方通過(guò)。（吸鐵）電機(jī)原理電機(jī)原理電機(jī)原理：在空間內(nèi)產(chǎn)生定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭矩和感生電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)保持兩磁場(chǎng)強(qiáng)度和相

4、對(duì)夾角控制扭矩。電動(dòng)機(jī) (電能機(jī)械能)當(dāng)扭矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)輸出機(jī)械能。此時(shí)感生電動(dòng)勢(shì)方向與電流同相，消耗電能。發(fā)電機(jī) (機(jī)械能電能)當(dāng)扭矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)消耗機(jī)械能。此時(shí)感生電動(dòng)勢(shì)方向與電流反相，產(chǎn)生電能。電機(jī)的數(shù)量和布置 選裝幾個(gè)電機(jī)？ 使用輪轂電機(jī)嗎？ 電機(jī)選擇什么類型？直流永磁無(wú)刷？四輪單獨(dú)控制，減少打滑等四輪單獨(dú)控制，減少打滑等附著附著制動(dòng)能量回收制動(dòng)能量回收重量重量 電機(jī)的效率曲線電機(jī)的效率曲線輪轂電機(jī)輪轂電機(jī)線控，體積，空間布置線控，體積，空間布置成本成本浙江雄霸浙江雄霸 800W直流永磁刷直流永磁刷 單個(gè)重量約單個(gè)重量約8Kg1 直流電機(jī)直流電機(jī)如傳統(tǒng)汽車用啟動(dòng)電機(jī) 直

5、流電機(jī)（通過(guò)直流電直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)）定子磁場(chǎng)空間固定：通過(guò)直流電或永磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間固定：通過(guò)電刷轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生 兩空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)方向夾角90度時(shí)，產(chǎn)生最大作用扭矩。電機(jī)分類電機(jī)分類2 交流同步電機(jī)交流同步電機(jī) 交流同步電機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同)定子磁場(chǎng)空間旋轉(zhuǎn)：通過(guò)交流電定子線圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間旋轉(zhuǎn)：通過(guò)電刷轉(zhuǎn)子線圈或永磁體產(chǎn)生電機(jī)分類電機(jī)分類 勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)(APU所用發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)子通過(guò)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁(無(wú)刷直流勵(lì)磁)，定子感生交流電 永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)(ISG廣泛采用)轉(zhuǎn)子永磁體，定子線圈，無(wú)電刷SN3 直流磁阻電機(jī)直流磁阻電機(jī) 磁阻同步電機(jī)(多用于步進(jìn)電機(jī))定子磁場(chǎng)空

6、間旋轉(zhuǎn)：通過(guò)直流電定子線圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間旋轉(zhuǎn)：無(wú)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電機(jī)分類電機(jī)分類4 交流異步電機(jī)交流異步電機(jī) 交流異步電機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速)定子磁場(chǎng)空間旋轉(zhuǎn)：通過(guò)交流電定子線圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間旋轉(zhuǎn)：通過(guò)金屬條(鼠籠)感應(yīng)產(chǎn)生電機(jī)分類電機(jī)分類永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)分類 永磁同步(PMSM)轉(zhuǎn)子永磁體形成的空間磁場(chǎng)強(qiáng)度沿周向呈正弦波分布。隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子線圈感生反電動(dòng)勢(shì)(bemf)為正弦波。為產(chǎn)生平穩(wěn)扭矩，定子電流隨轉(zhuǎn)角也應(yīng)為正弦波。NSSN永磁同步電機(jī)分類 交流無(wú)刷(BDCM)轉(zhuǎn)子永磁體形成梯形空間磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在定子線圈感生反電動(dòng)勢(shì)(bemf)為梯形波為產(chǎn)生平穩(wěn)扭矩，定子電流也

7、應(yīng)控制為梯形波。但不可能產(chǎn)生完全平穩(wěn)扭矩輸出(只有當(dāng)bemf為理想矩形波時(shí))永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī) 電機(jī)損耗 銅損(電損)定子線圈為銅導(dǎo)線，銅損是指由于導(dǎo)線內(nèi)阻R引起的損耗電損隨定子電流幅值增大而增大。 鐵損(磁損)定子導(dǎo)磁材料為鐵片，鐵損是指由于磁路漏磁Rc引起的損耗。鐵損隨磁通和轉(zhuǎn)速增大而增大。即隨定子電壓幅值增大而增大。永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)電池電池電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸之一電池電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸之一 常見(jiàn)蓄電池的反應(yīng)式常見(jiàn)蓄電池的反應(yīng)式 電池類型電池類型 化學(xué)反應(yīng)式化學(xué)反應(yīng)式鉛酸鉛酸PbAcid鎳鉻鎳鉻NiCd鎳鋅鎳鋅NiZn鎳氫鎳氫NiMHLi聚合物電池聚合物電池LiIo

8、n鋰離子電池鋰離子電池22442222bbbPPOH SOPSOH O22222()2()didiCN OOHH OC OHN OH22222()2()niniZN OOHH OZ OHN OH2()iiMHN OOHMN OH,iyziyzyzxLM OL xM O M O為過(guò)渡金屬氧化物11,xxyzyzxxyzLi CLiM OCLiM OLi CLiM O為鋰碳化合物，為鋰化過(guò)渡金屬氧化物鉛酸電池鉛酸電池鎳鎘電池鎳鎘電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池超級(jí)電容器超級(jí)電容器能量密度能量密度（Wh/kg）差差3040一般一般4050好好5090優(yōu)良優(yōu)良60200非常差非常差015功率密

9、度功率密度（W/kg）差差100150良好良好3040好好1501500良好良好1502500優(yōu)異優(yōu)異100030000低溫性能低溫性能一般一般良好良好良好良好差差優(yōu)良優(yōu)良高溫性能高溫性能一般一般良好良好一般一般一般一般優(yōu)良優(yōu)良循環(huán)壽命循環(huán)壽命差差良好良好優(yōu)良優(yōu)良一般一般優(yōu)良優(yōu)良記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)無(wú)無(wú)有有無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)安全可靠性安全可靠性好好好好好好差差好好應(yīng)用成本應(yīng)用成本低低較低較低較高較高高高高高發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀商業(yè)化商業(yè)化商業(yè)化商業(yè)化商業(yè)應(yīng)用商業(yè)應(yīng)用有應(yīng)用實(shí)例有應(yīng)用實(shí)例有應(yīng)用實(shí)例有應(yīng)用實(shí)例動(dòng)力電池體系發(fā)展現(xiàn)狀比較動(dòng)力電池體系發(fā)展現(xiàn)狀比較蓄電池主要實(shí)驗(yàn)蓄電池主要實(shí)驗(yàn)性能實(shí)驗(yàn)性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試變溫度/

10、DOD/充放電速率下的 時(shí)間電壓 或 時(shí)間SOC 等曲線，了解電池的本身特性。隨車實(shí)驗(yàn)隨車實(shí)驗(yàn)記錄不同轉(zhuǎn)速/扭矩下的電池電壓/電流/溫度/SOC，優(yōu)化電池的管理策略，不僅用于純電動(dòng)車，還用于混合動(dòng)力車（結(jié)合混合動(dòng)力車輛的構(gòu)型、能量分配策略和控制算法）。極限實(shí)驗(yàn)極限實(shí)驗(yàn)在刺穿/熱失穩(wěn)等極限條件下，評(píng)估電池的安全性。電池性能實(shí)驗(yàn)：電池性能實(shí)驗(yàn)：充電倍率對(duì)電壓與溫度曲線影響 不同溫度下的充電電壓曲線 不同倍率充電時(shí)的壓力變化 放電倍率對(duì)電池容量的影響 溫度對(duì)電池可用容量的影響 隔膜種類對(duì)電池荷電保持特性的影響 恒流特性研究報(bào)道較多，脈沖性能研究報(bào)道較少恒流特性研究報(bào)道較多，脈沖性能研究報(bào)道較少小容量

11、電池研究報(bào)道較多，大容量電池研究報(bào)道較少小容量電池研究報(bào)道較多，大容量電池研究報(bào)道較少蓄電池的放電特性曲線蓄電池的放電特性曲線 電池的端電壓在不同的放電率下（C）與放電時(shí)間的關(guān)系曲線： 放電率越小，曲線越偏上 80Ah 鎳氫電池051015202530350.60.70.80.91.01.11.21.31.41.53C電壓（V） 放電時(shí)間（min)2C4C5C6C7C如：100Ah額定容量的蓄電池：若c/5速率放電，20A，5h放電完畢，則c/10速率放電，即10A放電，則放電時(shí)間超過(guò)10h；則以1c速率放電時(shí)，即100A放電，則放電時(shí)間小于1h。蓄電池的可用容量隨著放電率的上蓄電池的可用容量

12、隨著放電率的上升而有所下降升而有所下降Optima55Ah Yellowtop Pd-Acid 12V60A恒流放電恒流放電OUR DATA蓄電池的可用蓄電池的可用容量隨放電率容量隨放電率的上升而下降的上升而下降基于穩(wěn)態(tài)開(kāi)路電壓的SOC估計(jì)方法：t=0時(shí) OCV=12.993V SOC=100%t=finish OCV=11.895V SOC=44.75%在在SOC=44.75%時(shí)，端電壓就下降到了危險(xiǎn)的時(shí)，端電壓就下降到了危險(xiǎn)的6.4VS1：C/6恒流充電直到達(dá)到冒氣電壓（2.4v），切斷充電電流，使得端電壓稍微下降到2.2v。S2：75S1電流充電，直到達(dá)到冒氣電壓，切斷充電電流，使得端電

13、壓稍微下降到2.2v。S3：50S1電流充電，直到達(dá)到冒氣電壓，切斷充電電流，使得端電壓稍微下降到2.2v。S4： 25S1電流充電，直到電池電壓在15min內(nèi)不再上升為止。S5：進(jìn)入脈沖均衡充電過(guò)程。當(dāng)S4后電壓下降到2.13v時(shí)，開(kāi)始這一過(guò)程，一直持續(xù)到電池電壓在15min內(nèi)不再上升為止。S6，S7：重復(fù)S5，以保證所有的單體都被充滿。S8：涓流充電，以補(bǔ)償自放電的損失。只要開(kāi)路電壓低于2.13v時(shí)，就開(kāi)始這一過(guò)程，使用c/100的電流或者脈沖電流，一直持續(xù)到電池電壓在5min內(nèi)不再上升為止。蓄電池的充電特性蓄電池的充電特性鉛酸電池的非車載多步充電法鉛酸電池的非車載多步充電法s1s8 電池

14、性能模型研究現(xiàn)狀電池性能模型研究現(xiàn)狀等效電路模型等效電路模型電化學(xué)模型電化學(xué)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，本文簡(jiǎn)稱為BMS）是電池組熱管理技術(shù)和SOC估計(jì)技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)。BMS對(duì)于電池組的安全、優(yōu)化使用和整車能量管理策略的執(zhí)行都是必需的。所有的現(xiàn)代電動(dòng)汽車都安裝有BMS。電池管理系統(tǒng)的功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)估計(jì)、熱管理、數(shù)據(jù)通訊、安全管理、能量管理和故障診斷。數(shù)據(jù)采集熱管理能量管理故障診斷安全管理數(shù)據(jù)通訊溫度控制電流 電壓 溫度負(fù)載充電機(jī)上位機(jī)整車控制器電機(jī)控制器等信號(hào)流功率流電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)估計(jì)蓄電池監(jiān)測(cè)和

15、管理系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng) 1 BMS的主要任務(wù)任務(wù)任務(wù)傳感器輸入的信號(hào)傳感器輸入的信號(hào)執(zhí)行器件執(zhí)行器件防止過(guò)充電池電壓，電流和溫度充電器避免深放電池電壓，電流和溫度電動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)換器溫度控件電池溫度冷熱空調(diào)電池組件電壓和溫度的平衡電池電壓和溫度平衡裝置預(yù)測(cè)電池的SOC和剩余行駛里程電池電壓，電流和溫度顯示裝置電池診斷電池電壓，電流和溫度非在線分析裝置2 SOC估計(jì)理論SOC計(jì)算方法：（1）理論上理論上：SOC=Cr/CtCr：電池在恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的剩余容量；Ct：電池在恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的總?cè)萘浚?而而Ct與與I的關(guān)系如下計(jì)算：的關(guān)系如下計(jì)算： (1)21121 12 2lg(/

16、 )/lg(/)ntnnCKInttIIKI tI tI1：最高放電電流I2：最低放電電流t1：與I1對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間t2：與I2對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間由于電流、溫度、自放電、老化等因素對(duì)SOC的非線性影響使得在線準(zhǔn)確估計(jì)電池組的SOC具有很大難度。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池SOC估計(jì)方法主要有放電試驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、內(nèi)放電試驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、內(nèi)阻法、開(kāi)路電壓法、負(fù)載電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法阻法、開(kāi)路電壓法、負(fù)載電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法。 （1）放電試驗(yàn)法）放電試驗(yàn)法 放電試驗(yàn)法是最可靠的SOC估計(jì)方法，它采用標(biāo)準(zhǔn)電流對(duì)電池進(jìn)行恒流放電，當(dāng)達(dá)到放電終止條件時(shí)，放電電流與時(shí)間的乘積即為電池放電前的剩

17、余電量。放電試驗(yàn)法有兩個(gè)顯著缺點(diǎn)：電池進(jìn)行的工作要被迫中斷；需要大量時(shí)間。所以放電試驗(yàn)法不適合電動(dòng)汽車上實(shí)時(shí)應(yīng)用。 （2）一些實(shí)用性方法一些實(shí)用性方法 （2）內(nèi)阻法 電池內(nèi)阻R有交流內(nèi)阻（Internal Impedance，也稱交流阻抗）和直流內(nèi)阻（Internal Resistance）之分，它們都與SOC密切相關(guān)。交流阻抗表示電池對(duì)交流電輸入的抗拒能力，交流阻抗受溫度影響大，且關(guān)于應(yīng)該在電池平衡狀態(tài)還是在充放電過(guò)程中進(jìn)行交流阻抗測(cè)量存在爭(zhēng)議，所以很少應(yīng)用。直流內(nèi)阻表示電池對(duì)直流電輸入的抗拒能力，等于在同一很短時(shí)間段內(nèi)電池電壓變化量與電流變化量的比值。直流內(nèi)阻法的缺點(diǎn)是難于在電動(dòng)汽車上實(shí)時(shí)

18、測(cè)量，也很少應(yīng)用。（3）開(kāi)路電壓法 電池的開(kāi)路電壓OCV（Open Circuit Voltage）與SOC存在單調(diào)變化的一一映射關(guān)系。在使用開(kāi)路電壓法前須通過(guò)試驗(yàn)得到OCV與SOC的對(duì)應(yīng)關(guān)系。開(kāi)路電壓法的顯著缺點(diǎn)是需要將電池長(zhǎng)時(shí)靜置以達(dá)到電壓平衡，電池從工作狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)一般需要幾個(gè)甚至十幾個(gè)小時(shí)，靜置時(shí)間如何確定也是一個(gè)問(wèn)題。所以該方法單獨(dú)使用只適于電動(dòng)汽車駐車狀態(tài)。根據(jù)作者的研究經(jīng)驗(yàn)，即使對(duì)于處于平衡狀態(tài)的鎳氫電池使用開(kāi)路電壓法，誤差水平也可能大于20%。0.00.20.40.60.81.011.512.012.513.013.514.014.5開(kāi)路電壓（V） SOC電池開(kāi)路電壓隨S

19、OC的變化趨勢(shì)(80Ah)（4）負(fù)載電壓法 負(fù)載電壓法的原理可由式 說(shuō)明：UL為負(fù)載電壓，IL為負(fù)載電流。以不同電流對(duì)電池組進(jìn)行恒流充電，將得到一組以電流標(biāo)記的互不交叉的SOC與充電電壓的關(guān)系曲線（如圖下左）；以不同電流對(duì)電池組進(jìn)行恒流放電，將得到一組以電流標(biāo)記的互不交叉的SOC與放電電壓的關(guān)系曲線（如圖下中）；基于這兩組曲線可以得到電流IL、電壓UL和SOC的三維對(duì)應(yīng)關(guān)系（如圖下右），該對(duì)應(yīng)關(guān)系就是負(fù)載電壓法應(yīng)用的基礎(chǔ)。負(fù)載電壓法的優(yōu)點(diǎn)是能在電動(dòng)汽車上實(shí)時(shí)應(yīng)用，對(duì)于恒流放電的電池對(duì)于恒流放電的電池組有較好的精度組有較好的精度。但電動(dòng)汽車上劇烈波動(dòng)的電池組電壓給負(fù)載電壓法應(yīng)用帶來(lái)困難，誤差較大

20、。所以負(fù)載電壓法很少應(yīng)用到實(shí)車上，但常但常用來(lái)作為電池充放電截止的判據(jù)。電流為零時(shí)的負(fù)載電壓法即為開(kāi)路用來(lái)作為電池充放電截止的判據(jù)。電流為零時(shí)的負(fù)載電壓法即為開(kāi)路電壓法。電壓法。(,)LLSOCf UI0.00.20.40.60.81.012131415162C1.5C1C0.5C電壓/VSOCC/31. 00. 80. 60. 40. 20. 010111213142C1.5C1C0.5C電壓/VSOCC/3-200-100010020000.250.50.751300350400450500550電流/ASOC電壓/V（5）安時(shí)計(jì)量法如果電池在充放電起始時(shí)刻t0的SOC為SOC0，那么t時(shí)

21、刻的SOC由式計(jì)算，即為安時(shí)計(jì)量法的原理，其中CN為額定容量，Eta為庫(kù)侖效率。由于安時(shí)計(jì)量法原理簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，是目前電動(dòng)汽車最常用的SOC估計(jì)方法。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)、豐田公司Prius、本田公司的電動(dòng)汽車EV Plus，通用大宇的電動(dòng)汽車DEV5使用的都是安時(shí)計(jì)量法，F(xiàn)CB也使用安時(shí)計(jì)量法。安時(shí)計(jì)量法有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：安時(shí)計(jì)量法有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：方法本身不能估計(jì)初始SOC；庫(kù)侖效率難于準(zhǔn)確測(cè)量，不準(zhǔn)確的庫(kù)侖效率對(duì)SOC誤差有累積效應(yīng)。解決電池初始SOC的問(wèn)題，目前通常引入開(kāi)路電壓法或負(fù)載電壓法來(lái)輔助解決。對(duì)庫(kù)侖效率問(wèn)題主要是基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。安時(shí)計(jì)量法能夠基本滿足電動(dòng)

22、汽車電池組SOC估計(jì)的需要，但是精度還需提高。FCB對(duì)SOC估計(jì)精度要求為8%，安時(shí)計(jì)量法無(wú)法在所有電池使用環(huán)境都達(dá)到該精度。001ttNSOCSOCI dC（6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法原理如圖所示 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法適用于各種電池，缺點(diǎn)是需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大，適用范圍受訓(xùn)練數(shù)據(jù)限制，而且在電池管理系統(tǒng)中較難實(shí)現(xiàn)。 大量文獻(xiàn)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)處于恒流、恒負(fù)載充放電狀態(tài)的電池的SOC。實(shí)際電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的工作狀態(tài)多樣且電流劇烈變化，適合電動(dòng)汽車工況的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SOC估計(jì)方法還在研究中。電流溫度電壓SOC（7）卡爾曼濾波法卡爾曼濾波理論的核心思想是對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)做

23、出最小方差意義上的最優(yōu)估計(jì)。如式所示，卡爾曼濾波應(yīng)用于電池SOC估計(jì)，電池被電池性能模型和安時(shí)計(jì)量法描述為離散的系統(tǒng)，SOC是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)，SOCk和SOCk+1分別表示兩個(gè)臨近的具體SOC值?？柭鼮V波法估計(jì)SOC的算法是一套包括SOC估計(jì)值和反映估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣的遞歸方程。與其他方法相比，卡爾曼濾波法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)初始SOC誤差不敏感和更適于電流波動(dòng)劇烈的電動(dòng)汽車應(yīng)用環(huán)境，缺點(diǎn)是對(duì)電池性能模型精度及電池管理系統(tǒng)計(jì)算能力要求高。目前，豐田公司、本田公司和福特公司生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車使用的電池組SOC估計(jì)方法都是電流（安時(shí)計(jì)量法）結(jié)合電壓（開(kāi)路電壓法和負(fù)載電壓法）的估計(jì)方法，精度約為10%20

24、%，電池SOC使用范圍為0.50.8。各個(gè)公司都在不斷對(duì)自己的電池組SOC估計(jì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，因?yàn)檫@是各個(gè)公司的核心技術(shù)，在公開(kāi)文獻(xiàn)中，各公司從未對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行介紹。香港大學(xué)、德國(guó)烏爾姆大學(xué)、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)都正在進(jìn)行電池SOC估計(jì)方法的研究。在上面介紹的多種SOC估計(jì)方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法是比較有希望的新方法。1,()/(,)kkkNL kLkkkSOCSOCItCUUSOC I T 電池電池SOC估計(jì)方法總結(jié)估計(jì)方法總結(jié)SOC估計(jì)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀放電試驗(yàn)法準(zhǔn)確無(wú)法實(shí)時(shí)在線估計(jì)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證用安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定受電池初始SOC、效率及累計(jì)誤差影響已在電動(dòng)車上應(yīng)用Prius, EV Plus, DEV5-5開(kāi)路電壓法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、誤差大，需開(kāi)路與其它方法組合使用負(fù)載電壓法實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單、誤差大與其它方法組合使用直流內(nèi)阻法實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單、兼測(cè)SOH誤差大已應(yīng)用于鉛酸電池交流阻抗法實(shí)時(shí)、可兼測(cè)SOH、對(duì)初始SOC 不敏感某些等效電路元件缺乏明確的物理意義已應(yīng)用于鉛酸電池人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法實(shí)時(shí)受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和方法影響開(kāi)發(fā)中卡爾曼濾波法實(shí)時(shí)、對(duì)初始SOC 不敏感、精度較高模型及其計(jì)算要求高開(kāi)發(fā)中3 控制單體差異控制單體差異的方法的方法 1 均衡充電法：采用脈沖電流，以期將所有電流都充滿，只能在充電過(guò)程