混合动力汽车动力电池容量特性
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S 电池容量特性及 TUV值确定
电池参数 #$%值的估计算法有很多种W&X!如 用 电流积分方法来估计电池当前 #$%值Y采用电池电 解液的有效质量来估计电池 #$%值等"其中电流积 分方法估计电池 #$%比较简单易行!这里采用电流 积分方法来估计当前电池 #$%值"而电池电流积分 方法的初始电量的估计由初始开路电压来估计"这 部分参数由电池厂家提供"虽然电池的容量特性厂 家 也 提 供 !但 该 数 据 是 不 准 确 的 !因 为 电 池 的 实 际 容 量即容 量特 性与 许 多 因 素 有 关!如 电 池 从 购 买 到 试 验阶段之间停留时间及所使用的历程等都会影响电
文 献 标 识 码 15
67879:;<=>?9@9;ABC?<9:9;B7:A8BA;=DEFG H=I7:J9BB7:C
KLMNOPQRSTQ UQMNVPMNMPQM UQMNULPSTQ WXYZY[\[Y]^_‘Yabc
de8B:9;B
fQggLhi+QjQMPklRhgQMglQhgPMQSimhPnLoLpghPpqLSPpoLWrstc+PgjpSQhQpgLhPjgPpjSRTonmL uLooTMnLhjgRRnPMRhnLhgRnRrst loQgvRhk gLjgpRhhLpgoiwrRuLqLh+mQggLhilQhQkLgLhjQhL MRMxoPMLQhQMnqLhipRkloPpQgLn+QMngSLQppThQgLgSLRhLgPpQokRnLojRvgSLjLlQhQkLgLhjQhLqLhi nPvvPpToggRmLjLgTlw5 jPkloLQMnlhQpgPpQokLgSRngRLqQoTQgLgSLlQhQkLgLhRvmQggLhijgQgLRv pSQhNLW,-.cuQjlhLjLMgLnPMgSLlQlLhwySLoLQnxQpPnmQggLhilQhQkLgLh,-.QMnPgjLvvLpgPqL pQlQpPgipSQhQpgLhPjgPpuLhLgLjgLnRMgSLloQgvRhkwySLnQgQRvqRogQNL+pThhLMgQMngLklLhQgThL uLhLpRooLpgLnQMnkRMPgRhLnw5 jQgPjvPLnlQhQkLghPpLqQoTQgPRMvRh,-. uQjRmgQPMLnvhRk gSL QpgTQopQlQpPgiw
分方法来预估电量状态参数 ,-.+并进行了电池的实际容量特性试验+对电池电压/电流 及 温 度 进 行 了 数 据 采 集 和
监 测 0 结 果 表 明 +利 用 该 方 法 可 得 到 较 满 意 的 电 池 电 量 状 态 参 数 估 计 0
关键词1混合动力汽车 动力电池 电量状态 参数估计
中图分类号12#’%3’%4 %
z7CI=:{8 rimhPnLoLpghPpqLSPpoL+|RuLhmQggLhi+,gQgLRvpSQhNL+|QhQkLgLhLjgPkQgPRMj
引言
混合动力技术由于其显著降低排放和节省燃 油 +已 得 到 国 内 外 大 汽 车 厂 家 的 认 可 +并 纷 纷 研 究 和 推出其产品0混合动力技术结合了传统内燃机与电 池 电 机 系 统 技 术 +平 均 功 率 由 内 燃 机 提 供 +峰 值 功 率 由电能补充0因此电池系统在混合动力技术中是重 要 的 部 件 0 其 中 电 池 的 电 量 状 态 参 数 W,-.c是 电 池 系 统 中 最 重 要 的 参 数 0本 文 将 结 合 实 际 的 课 题 +研 究 混合动力汽车电池试验检测系统以及对其参数的测 量及处理方法0
# 混合动力试验台架布置方案
图 $为实际应用的混合动力试验台架结构示意 图 +它 为 双 轴 并 联 型 0 主 控 制 器 根 据 油 门 踏 板 信 号 / 转 速 信 号 及 电 池 的 ,-.值 来 确 定 发 动 机/离 合 器/ 电机 及电池 的控 制 命 令+该 命 令 主 要 是 考 虑 当 前 电 池 ,-.状 态 下 功 率 在 电 机 及 发 动 机 之 间 如 何 有 效 地 合理 分配+即 最 大 限 度 发 挥 整 个 系 统 的 潜 能 并 有 效地保 护电 池+避 免 在 实 际 过 程 中 的 过 充 或 过 放 现 象 +同 时 又 要 保 证 发 动 机 工 作 在 最 佳 工 作 区 域 +其 中 ,-.值是控制策略 的重要 判定依 据+如 果该 值预估 不准 确+一方面 会 改 变 总 控 制 流 向 使 发 动 机 过 载 或
G 电池测试系统
电池测试系统的组成及原理如图 =所示"其中! 传感 器 所检测到 的 电 池 电 压B电 流 及 温 度 信 号 通 过 数据采集卡或信号调理板输入到工业控制计算机" 电池系统采用 =?节单体电池串联!对各节电池的端 电压进行监测须预留 =?个通道"选用宏拓 D?==型 >=路 &=位的 KJL板!其 中 FM =>路 分配 给 各 单体 电池用以测量其端电压!=?M>F路 分 配 给温 度 传 感 器用以采集温度信号!第 >&通道分配给电流传感器 用 以 监 测 电 池 电 流" 温 度 调 理 板 采 用 宏 拓 N%A@FAO"通 过 试 验 测 试 !并 对 记 录 的 数 据 进 行 处 理
电池电量状态值为
式中
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Jk
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7R8
Yq‘‘ 电 池 的 放 电 容 量W即 放 电 电 流 与 时 间
的积分值
电池组变流放电可以看作是许多恒流放电段的
组合b沿时间轴把电池放电电流 时间曲线分成许多 个 恒 流 段W时 间 间 隔 取 为 srW则 变 流 放 电 时 第 Z个 分段点的电量状态值为
由 式 7J8可 得
6$YZ\6$]a^6$[Z
7P8
并根据表 J数据利用最小二 乘 法 拟 合 得 到 系 数 ]_^
如表 PW拟合曲线如图 R所示b
表 f 电池容量特性参数
:;<%f g;B;hA>ABi?@<;>>ABCD;E;DF>CDj;B;D>ABFi>FD
系数
铭牌容量特性
实际容量特性
]
图 & 并联混合动力试验台示意图 ’()*& %+,-()./01(+,+-12340/05535678 1391:3; &<制动踏板 =<油门踏板 ><主控制器 ?<发动机控制单元
@<发动机 ABCB&=<转速转矩仪 D<转矩合成装置 E<传动轴 &F<测功机 &&<电机控制单元 &><电机
&?<电池控制单元 &@<电池组
图 = 电池测试系统的组成 ’()*= %+,-()./01(+,+-123:0113/H1391:3;
万方数据 &<电流传感器 =<电压传感器 ><温度传感器 ?<放电电阻
@<电池组 A<IJ$设备 D<计算机
可以得到电池 #$%的 PKN图"电池向主控制器提 供 #$%信号 使用的 是宏拓 N%D?C>板!它具有 ?路 LJK 通道"在对电池的电 压B电 流及温 度进 行采集 的 过 程 中 !为 了 更 加 直 观 B方 便 地 监 视 整 个 采 集 的 时 间 历 程!选 用 编 程 简 单 的 8(9.05Q09(R语 言 编 制 电 池测试系统界面"由于目前所研究的电池主要为胶 体 密 封 铅 酸 电 池 !其 特 性 比 较 一 致 !所 以 只 进 行 单 体 电池的测试"
电 流 GH
电池容量 GHI 1
J
K
JLL
M
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P
JL
QP
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பைடு நூலகம்KPOJ
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根据著名的 T/-U/*(经验式VPW!XW电池的容量 YZ
与电池电流 [Z关系为
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7J8
式中 ]_^‘‘ 电池常系数
JR
农业机械学报
PLLR年
图 ! 电池电流及电压历程曲线 "#$%! &#’()*+,-*./’)0(1/23((/*+,-**/4(345.)6(3$/
738电压 728电流
表 9 电池容量数据 :;<%9 =;>;?@<;>>ABCD;E;DF>C
电池铭牌容量
电池实际容量
试验次序
电 流 GH
电池容量 GHI 1
收稿日期1!""% "% $} ( 国 家 ~!’%"计 划 资 助 项 目 W项 目 编 号 1!""$55&"$&$$c 曾小华 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 博士生+$%""!& 长春市 王庆年 吉林大学汽车工程学院 教授 博士生导师
王伟华 万吉方林大数学据汽车工程学院 博士生
第 A期
!""#年 $$月
农业机械学报
第 %&卷 第 ’期
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
混合动力汽车动力电池容量特性(
曾小华 王庆年 王伟华
)摘 要* 针 对 混 合 动 力 汽 车 动 力 电 池 的 特 点+运 用 计 算 机 软 硬 件 设 备 构 成 测 试 系 统+利 用 较 易 实 现 的 电 流 积
J!NOLPRP
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^
k LOJMKK
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由上述确定电池的实际容量特性W电池的 lmc
估 计 可 如 下 推 导 b 式 7J8也 可 表 示 为
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7!8
式中 Y[‘‘ 恒流放电电流 [时的放电容量WHI1
[n‘‘ 标准放电电流WH
Yn‘‘ 电池标准放电容量WHI1
池 的 实 际 容 量 !因 此 必 须 在 试 验 阶 段 来 确 定 "而 且 确 定 电 池 的 容 量 特 性 是 电 池 电 流 积 分 估 计 电 池 #$% 方法的关键" S<Z 电池容量特性
电 池 容 量 的 影 响 因 素 很 多W&X!但 其 最 主 要 的 影 响因素是充放电流大小"故须通过试验来确定该实 际 电池 的容量与电 流的 关 系 [即 容 量 特 性\!根 据 该 容量特性可以建立电池的剩余电量估计"考查电池 的放电 能力 与电 池 当 前 所 放 电 电 流 之 间 的 关 系!即 放 电 阶 段 的 电 池 容 量 特 性 "通 过 几 组 恒 流 放 电 试 验 ! 检测各组恒流放电过程所能放出的电量"在做该容 量特性 试验 过程 中!同 时 记 录 电 池 的 两 端 电 压 与 电 池电流历程!并且监测电池的温度"图 >为试验过程 所记录 的电 池电 压 及 电 流 的 时 间 历 程!从 图 >的 电 流历 程曲 线 看 出!当 恒 电 阻B大 电 流 放 电 时!由 于 受 目 前 试 验 条 件 的 限 制 !负 载 电 阻 较 小 !电 池 本 身 的 电 阻随 #$%变化而变化的幅度相对较大"同时电池本 身压降变化也是造成电流变化较大的原因" S<G 电池数据处理及 TUV估计
通 过 电 池 容 量 特 性 试 验!根 据 电 流 历 程 并 对 所 有的电流历程积分即可得到该恒流放电条件的实际
放电容量"其中电压历程的记录是为了判定电池放 电 标 准 "重 复 该 试 验 并 做 几 组 恒 流 下 的 试 验 !由 于 受 目 前 条 件 限 制 !当 大 电 流 放 电 时 电 流 还 不 是 恒 电 流 ! 所以 取电流 历程 的 平 均 值 来 估 计 其 恒 电 流 值!通 过 处理得到如表 &的试验结果"
曾小华 等]混合动力汽车动力电池容量特性
&>
轻 载 运 行 !影 响 整 车 的 经 济 性 能 !另 一 方 面 对 电 池 寿 命 的 影 响 也 较 大"因 此 电 池 #$%值 的 估 计 非 常 关 键!是混合动力 技 术 能 否 有 效 发 挥 其 潜 能 的 制 约 环 节 "试 验 采 用 记 录 电 池 的 初 始 端 电 压 !并 根 据 先 前 的 经验数据估计出初始 #$%值!然后实时记录电池电 流!并 根 据 实 际 的 电 池 容 量 特 性 来 估 计 电 池 #$% 值 " 结 果 表 明 !该 方 法 能 够 较 好 地 符 合 实 际 情 况 "
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其中 式中
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电池参数 #$%值的估计算法有很多种W&X!如 用 电流积分方法来估计电池当前 #$%值Y采用电池电 解液的有效质量来估计电池 #$%值等"其中电流积 分方法估计电池 #$%比较简单易行!这里采用电流 积分方法来估计当前电池 #$%值"而电池电流积分 方法的初始电量的估计由初始开路电压来估计"这 部分参数由电池厂家提供"虽然电池的容量特性厂 家 也 提 供 !但 该 数 据 是 不 准 确 的 !因 为 电 池 的 实 际 容 量即容 量特 性与 许 多 因 素 有 关!如 电 池 从 购 买 到 试 验阶段之间停留时间及所使用的历程等都会影响电
文 献 标 识 码 15
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分方法来预估电量状态参数 ,-.+并进行了电池的实际容量特性试验+对电池电压/电流 及 温 度 进 行 了 数 据 采 集 和
监 测 0 结 果 表 明 +利 用 该 方 法 可 得 到 较 满 意 的 电 池 电 量 状 态 参 数 估 计 0
关键词1混合动力汽车 动力电池 电量状态 参数估计
中图分类号12#’%3’%4 %
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引言
混合动力技术由于其显著降低排放和节省燃 油 +已 得 到 国 内 外 大 汽 车 厂 家 的 认 可 +并 纷 纷 研 究 和 推出其产品0混合动力技术结合了传统内燃机与电 池 电 机 系 统 技 术 +平 均 功 率 由 内 燃 机 提 供 +峰 值 功 率 由电能补充0因此电池系统在混合动力技术中是重 要 的 部 件 0 其 中 电 池 的 电 量 状 态 参 数 W,-.c是 电 池 系 统 中 最 重 要 的 参 数 0本 文 将 结 合 实 际 的 课 题 +研 究 混合动力汽车电池试验检测系统以及对其参数的测 量及处理方法0
# 混合动力试验台架布置方案
图 $为实际应用的混合动力试验台架结构示意 图 +它 为 双 轴 并 联 型 0 主 控 制 器 根 据 油 门 踏 板 信 号 / 转 速 信 号 及 电 池 的 ,-.值 来 确 定 发 动 机/离 合 器/ 电机 及电池 的控 制 命 令+该 命 令 主 要 是 考 虑 当 前 电 池 ,-.状 态 下 功 率 在 电 机 及 发 动 机 之 间 如 何 有 效 地 合理 分配+即 最 大 限 度 发 挥 整 个 系 统 的 潜 能 并 有 效地保 护电 池+避 免 在 实 际 过 程 中 的 过 充 或 过 放 现 象 +同 时 又 要 保 证 发 动 机 工 作 在 最 佳 工 作 区 域 +其 中 ,-.值是控制策略 的重要 判定依 据+如 果该 值预估 不准 确+一方面 会 改 变 总 控 制 流 向 使 发 动 机 过 载 或
G 电池测试系统
电池测试系统的组成及原理如图 =所示"其中! 传感 器 所检测到 的 电 池 电 压B电 流 及 温 度 信 号 通 过 数据采集卡或信号调理板输入到工业控制计算机" 电池系统采用 =?节单体电池串联!对各节电池的端 电压进行监测须预留 =?个通道"选用宏拓 D?==型 >=路 &=位的 KJL板!其 中 FM =>路 分配 给 各 单体 电池用以测量其端电压!=?M>F路 分 配 给温 度 传 感 器用以采集温度信号!第 >&通道分配给电流传感器 用 以 监 测 电 池 电 流" 温 度 调 理 板 采 用 宏 拓 N%A@FAO"通 过 试 验 测 试 !并 对 记 录 的 数 据 进 行 处 理
电池电量状态值为
式中
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电池组变流放电可以看作是许多恒流放电段的
组合b沿时间轴把电池放电电流 时间曲线分成许多 个 恒 流 段W时 间 间 隔 取 为 srW则 变 流 放 电 时 第 Z个 分段点的电量状态值为
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并根据表 J数据利用最小二 乘 法 拟 合 得 到 系 数 ]_^
如表 PW拟合曲线如图 R所示b
表 f 电池容量特性参数
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系数
铭牌容量特性
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图 & 并联混合动力试验台示意图 ’()*& %+,-()./01(+,+-12340/05535678 1391:3; &<制动踏板 =<油门踏板 ><主控制器 ?<发动机控制单元
@<发动机 ABCB&=<转速转矩仪 D<转矩合成装置 E<传动轴 &F<测功机 &&<电机控制单元 &><电机
&?<电池控制单元 &@<电池组
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万方数据 &<电流传感器 =<电压传感器 ><温度传感器 ?<放电电阻
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可以得到电池 #$%的 PKN图"电池向主控制器提 供 #$%信号 使用的 是宏拓 N%D?C>板!它具有 ?路 LJK 通道"在对电池的电 压B电 流及温 度进 行采集 的 过 程 中 !为 了 更 加 直 观 B方 便 地 监 视 整 个 采 集 的 时 间 历 程!选 用 编 程 简 单 的 8(9.05Q09(R语 言 编 制 电 池测试系统界面"由于目前所研究的电池主要为胶 体 密 封 铅 酸 电 池 !其 特 性 比 较 一 致 !所 以 只 进 行 单 体 电池的测试"
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农业机械学报
PLLR年
图 ! 电池电流及电压历程曲线 "#$%! &#’()*+,-*./’)0(1/23((/*+,-**/4(345.)6(3$/
738电压 728电流
表 9 电池容量数据 :;<%9 =;>;?@<;>>ABCD;E;DF>C
电池铭牌容量
电池实际容量
试验次序
电 流 GH
电池容量 GHI 1
收稿日期1!""% "% $} ( 国 家 ~!’%"计 划 资 助 项 目 W项 目 编 号 1!""$55&"$&$$c 曾小华 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 博士生+$%""!& 长春市 王庆年 吉林大学汽车工程学院 教授 博士生导师
王伟华 万吉方林大数学据汽车工程学院 博士生
第 A期
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混合动力汽车动力电池容量特性(
曾小华 王庆年 王伟华
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[n‘‘ 标准放电电流WH
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电 池 容 量 的 影 响 因 素 很 多W&X!但 其 最 主 要 的 影 响因素是充放电流大小"故须通过试验来确定该实 际 电池 的容量与电 流的 关 系 [即 容 量 特 性\!根 据 该 容量特性可以建立电池的剩余电量估计"考查电池 的放电 能力 与电 池 当 前 所 放 电 电 流 之 间 的 关 系!即 放 电 阶 段 的 电 池 容 量 特 性 "通 过 几 组 恒 流 放 电 试 验 ! 检测各组恒流放电过程所能放出的电量"在做该容 量特性 试验 过程 中!同 时 记 录 电 池 的 两 端 电 压 与 电 池电流历程!并且监测电池的温度"图 >为试验过程 所记录 的电 池电 压 及 电 流 的 时 间 历 程!从 图 >的 电 流历 程曲 线 看 出!当 恒 电 阻B大 电 流 放 电 时!由 于 受 目 前 试 验 条 件 的 限 制 !负 载 电 阻 较 小 !电 池 本 身 的 电 阻随 #$%变化而变化的幅度相对较大"同时电池本 身压降变化也是造成电流变化较大的原因" S<G 电池数据处理及 TUV估计
通 过 电 池 容 量 特 性 试 验!根 据 电 流 历 程 并 对 所 有的电流历程积分即可得到该恒流放电条件的实际
放电容量"其中电压历程的记录是为了判定电池放 电 标 准 "重 复 该 试 验 并 做 几 组 恒 流 下 的 试 验 !由 于 受 目 前 条 件 限 制 !当 大 电 流 放 电 时 电 流 还 不 是 恒 电 流 ! 所以 取电流 历程 的 平 均 值 来 估 计 其 恒 电 流 值!通 过 处理得到如表 &的试验结果"
曾小华 等]混合动力汽车动力电池容量特性
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轻 载 运 行 !影 响 整 车 的 经 济 性 能 !另 一 方 面 对 电 池 寿 命 的 影 响 也 较 大"因 此 电 池 #$%值 的 估 计 非 常 关 键!是混合动力 技 术 能 否 有 效 发 挥 其 潜 能 的 制 约 环 节 "试 验 采 用 记 录 电 池 的 初 始 端 电 压 !并 根 据 先 前 的 经验数据估计出初始 #$%值!然后实时记录电池电 流!并 根 据 实 际 的 电 池 容 量 特 性 来 估 计 电 池 #$% 值 " 结 果 表 明 !该 方 法 能 够 较 好 地 符 合 实 际 情 况 "
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