一种纯电动车SOE估算方法研究分析

一种纯电动车SOE估算方法研究分析作者：***
来源：《汽车世界·车辆工程技术（下）》2019年第02期
摘要：电动车的续驶里程与电动车剩余电量、温度及驾驶习惯等多因素相关，电池荷电状态（SOC）不能反映不同驾驶习惯不同工况下车辆的续驶里程，因而电池能量状态（SOE）的估算显得尤为重要。

本文基于一款搭载70Ah动力电池组的纯电动车，其额定电压为
331V，考虑了SOE估算的相关因素并进行试验验证，得出此方法可以适时计算电动车电池剩余能量，精度满足设计目标。

关键词：SOE估算;电动车;电量
1 前言
燃油汽车的发展带来了日益严峻的环境污染和潜在的能源危机，新能源汽车具有环保、节能、智能特点，是应对环境和能源挑战的重要解决方案[1]。

随着近几年国家政策及环保意识的提升，电动车已形成一定规模，客户对电动车的性能及电动化特征要求越来越高，而SOC估算能在一定程度上反映车辆的剩余电量，但其缺乏直观性，特别是对电池特性不熟悉的驾驶员来说，更难以使之与车辆的剩余续驶里程进行对应。

电动汽车电池的放电过程是个复杂的电化学变化过程，其剩余能量受到电池放电率、温度、电池单体一致性、电池放电容量及放电能量的衰减等多种因素的影响，使得对于剩余容量的估算十分困难[2]。

本文针对一款搭载23.3kWh动力电池的电动车，综合考虑其SOE估算的影响因素，提出适用纯电动车剩余能量的估算方法，并通过几种典型工况验证SOE估算的精度。

2 SOE估算应考虑的因素
2.1 电池不同倍率下充放电能量效率
不同的放电倍率下，电池的起始端电压和截止端电压都不同。

其中放电倍率越大，则起始端电压和截止端电压越小，放电容量也越小，反之则都变大[3]。

动力电池充电的方式有三种：慢充、快充和反馈充电，根据不同倍率下的电池充放电能量效率计算不同充电方式下电池可用能量。

电池的充放电能量效率除受倍率影响外，还受温度影响，这是因为随着电池温度升高，极板活性物质的化学反应逐步改善，因此放电时较高的电池温度会使电池放出更多的电量，在低温条件下，电池的极化内阻急剧增加，其充放电能量效率大幅度降低，不同温度下的充放电能量效率不同。

2.2 电池的不一致性及特殊使用工况
电池厂家的生产制造水平、电池箱体内的环境不一致、电池自放电等因素影响电池单体或模块的不一致性，直接导致整组电池的能量效率下降。

客户存在长期浅充浅放使用，长时间不能进行满电修正，SOE存在累计计算误差。

因此，当整组电池中有个别模块能量衰减过快
时，可以根据单体电池的SOE-OCV曲线进行定期校正。

电池不同温度下的SOE-OCV曲线如下图所示。

2.3 电池总能量的衰减SOH
随着充放电循环次数的增加和时间的流失，电池的内阻增加引起电池的容量和能量衰减，因此电池SOE算法公式中的初始能量E0应考虑电池的健康度SOH。

3 电池SOE估算方法
理论上，电池总能量由可用能量Eocv、欧姆损耗ER和极化损耗EP组成，其中极化损耗的电阻受放电倍率和温度的影响较大，相应地，国内外提出过不少计量方法，如积分法、神经网络法，卡尔曼滤波法等[2]。

这些方法各有各的优点，但都不够理想，有的方法实现起来太过复杂或者成本太高，有的误差偏大难以实用化，因此通过理论计算公式获得电池的可用能量难度较大。

综合考虑上述影响因素，本文给出的具体估算方法如下：整车控制器识别车辆不同使用工况和电池温度，并结合SOE-OCV曲线和SOH进行适时修正，然后接受电池管理系统BMS 通过总线发出的报文，从中提出动力电池总成母线电压U母、母线电流I母，得出E用=∫t0U 母×I母dt，SOE=（E0-E用）/ E0，要求此方法的估算誤差
4 剩余能量精度验证方法
4.1 不同工况下剩余能量精度验证方法
（1）试验车辆常温充满电后搁置2h，在转毂试验台架上用NEDC工况法放电至单体保护，对车辆的剩余能量SOE精度进行验证。

（2）试验车辆常温充满电后搁置2h，在转毂试验台架上用ECE工况法放电至单体保护，对车辆的剩余能量SOE精度进行验证。

（3）试验车辆常温充满电后搁置2h，按照城郊路况（模拟急加速工况及高速工况）放电至单体保护，对车辆的剩余能量SOE精度进行验证。

4.2 剩余能量的估算精度计算方法
SOE为0%时放出的能量E1，至单体保护时共放出能量E2，剩余能量的估算精度为（E2-E1）/E2。

5 试验数据与分析
如图2所示，NEDC工况下， SOE的显示值为0%时，放电能量24.3kWh，至单体保护又放出能量0.39kWh，总放电能量24.725kWh，SOE的估算精度约为1.6%。

ECE工况下， SOE 显示0%时放电能量24.53kWh，继续行驶至单体保护又放电0.5kWh，总放电能量
25.032kWh，SOE的估算误差约为2%。

如图3所示，城郊工况下，SOE显示值为0%，放电能量为23.493kWh，至单体保护又放电能量0.607kWh，总放电能量为24.004kWh，SOE的估算精度为2.5%。

6 总结
本文所述的电动车电池剩余能量SOE的估算充分考虑了不同使用工况、不同温度、电池不一致性及电池能量衰减等因素，并给出SOE估算公式，此方法可用于不同种类电池的剩余
能量估算，经验证不同工况的SOE估算误差均
参考文献：
[1]卢杰祥，毕淑娥等.锂离子电池特性建模与SOC估算研究[J].华南理工大学，2012（05）.
[2]麻友良，陈全世，齐占宁.电动汽车用电池SOC定义与检测方法[J].清华大学学报，2001，41（11）：27-35.
[3]刘芳芳，袁力辉.电动汽车电池电量估测模型的研究[J].电源技术，2009（07）.。