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一种新型SOH、SOC电池容量估算系统
发布日期: 2019-2-14    点击率:12645

SOHSOC是什么:

SOH是指电池组的最大蓄电能力(Ah)。SOH相当燃油车的油箱(加满油)体积,油箱体积越大盛油越多,续航里程越远。SOH越大蓄电能力越强,续航里程越远。所以知道电池组的SOH是了解电池组性能,保证车辆正常续航,保障电池组正常使用,延长电池组使用寿命的关键数据。SOH是计算SOC的基础,没有正确的SOH,就没有正确的SOCSOH估算数据越准确,SOC估算越准确。使用电池组的SOH是电池检测的万物之本。

SOC是指电池组的剩余电量(Ah),或者与SOH%比。


这相当于燃油车油箱还剩多少油。

SOHSOC估算的难度:

虽然我们用燃油车的油箱体积形容电池组的SOH,但是,他们之间还有不同的地方,那就是,燃油车油箱体积在车里出厂以后是固定不变的。电池组的SOH随着温度变化、负载率变化、电池组老化等等变化是变化的。把电池组SOH比做燃油车的油箱,这个油箱是随时间不同而变化的。所以,从这点来讲,两者又不完全相同。这样我们应该理解电池组的SOH是一个体积随时间变化的油箱。

这样问题就来了,为什么电池组SOH是时间的函数?可不可以成为不是时间的函数?回答是否定的。为什么?这是因为人们可以把温度保持不变,负载率保持不变(恒电流),但是不能做到电池组老化保持不变。另外电池组在使用过程中,不可能保持温度恒定、电流保持恒定,所以使用恒温、恒流获得的SOH也是没有意义的。

SOH是一个什么样的时间函数?它与那些主要因素有关?这个问题,生产电池的,使用电池的人们都知道,那就是温度、负载率、老化。因为随着时间的变化,一年四季有春、夏、秋、冬。温度变化很大,在温带,温差也有至少40度。由于电池的特性(目前电池技术的局限),电池活性(蓄电能力)受温度影响非常大,室外温度30-10SOH可以相差将近1倍。这使得室外温度30℃时100Ah的电池SOH可能是120Ah-10℃时只有60Ah。负载率变化对电池组SOH也是有影响的,负载率越大SOH越小,负载率越小SOH越大。所以电池组如果安装在电动车上,油门踏板变化快慢,载货多少,载人多少,车速快慢,上坡,下坡,顶风顺风等等,都产生不同的负载率。电池组使用一段时间,产生的电池组老化(容量衰减),也给SOH估算产生巨大的影响。由于电池组老化没有统一的规律,各个电池组老化不尽相同,与电池组的使用有很大的关系。仔细使用的电池组老化衰减慢些。不仔细使用的电池组老化衰减快些。长期使用的电池组老化衰减慢一些,长期不用的电池组老化衰减快些等等。

综上所述,电池组的SOH是一个多变量,而且有些变量无法用物理手段获得(例如老化衰减)函数。因此估算非常困难。

SOHSOC目前国内外的状态、现状

目前国内外使用的SOH主要估算方法,有库伦计数法+OCV(开路电压),就是对放电、充电电流进行精确的累加,再用开路电压进行修正和温度补偿+衰减修正。还有卡尔曼滤波算法等等。这些算法都是需要建立一个模型,有温度补偿(曲线)变量、电流变量、衰减(模型)变量等等。然后对各个变量精确测量,获得数值带入模型,进行计算。例如温度变量,在做温度对电池影响曲线(或者叫函数)时,需要将温度细分成很多点,逐一做出全量程SOH曲线。这需要大量的人力物力和时间,但是这仅仅做出温度这个一元函数的关系,而且还是离散的。还没有考虑其他变量(负载率、老化衰减)的影响。另外,由于电池组的差异,这一组被实验电池组得出的温度-SOH关系曲线,与其他所有电池组的温度-SOH关系曲线不完全一致,只能近似代替其他电池组曲线。而且只能近似同类、同种、同型号电池。当更换电池型号时必须进行重新测试。使用起来非常复杂,而且不准确。因为温度曲线是间断的、不连续的、是近似的、与负载率、电池老化的关系是近似值。所以这样得到的SOH是不可靠的,鲁棒性差、动态准确性是比较差的。有关SOH的相关文献很多,请读者自行查看,这里就不多说了。

下面介绍一款新型、鲁棒性好,自适应、自学习、动态SOH估算系统的SOH估算(使用新型数学模型)效果。

这款SOHSOC与目前SOHSOC的区别、先进性:

首先这款SOH估算系统给它起个名字:DYZ-6。下面就叫它DYZ-6

首先DYZ-6在估算电池组SOH时,不需要繁杂的温度补偿模型,它可以根据电池组的电流电压状态,求得电池组在这个温度下的内在特性。

根据负载率的变化求得电池组在这个温度下的内在特性。

再根据电池老化衰减,在这个温度、负载率状态下的内在特性。

从而估算出电池组当前的SOHSOC

DYZ-6SOH计算(估算)模型中没有温度这个变量,也就是说不需要温度传感器测量温度来补偿SOH的算法。下面是某组电池一年4季不加温度变量,获得的温度与SOH变化曲线。


图中:纵坐标是SOH(单位Ah)和温度(单位℃);横坐标是时间t

从上图可以看出,2017.12~2019.1,某品牌72V32Ah电池组,动态(车载路跑)实测获得的14季(冬、春、夏、秋、冬)温度变化导致SOC变化的关系曲线,温度变化对电池组SOH的影响是非常明显的。没有使用温度传感器的SOH是准确的。同时包含了负载率变化和电池老化的因素。

这种全新的SOH估算方法(数学模型),突破现有的SOH估算框架和思路,具有鲁棒性强,自学习、自适应、自动跟踪的智能检测功能。经过1年多的车载路跑测试,行驶总里程12900多公里,总放电310多度(kwh),证明它能在复杂路况和各种驾驶习惯,14季(由于条件限制只在山东地区实验)不同温度环境下,正确估算出电池组的SOH。为SOH估算增加了一个新成员。为电动车的提质,克服电池SOH检测老大难问题提供了一个有力工具。

SOHSOC的显示:

   目前DYZ-6SOHSOC显示有以下几种方式

   1SOH传统的段式显示,显示单位是“%”,它的定义是标称容量的“%”数。用13个横段表示,每个横段表示10%

SOC传统的段式显示,显示单位是“%”,它的定义是SOH的“%”数。用10个横段表示,每个横段表示10%

2、SOH彩色液晶屏显示,数字显示,分为绝对容量和相对容量。绝对容量单位是“Ah”,相对容量单位是“%”数,它的定义是标称容量的“%”数。

     SOC彩色液晶屏显示,数字显示,分为绝对容量和相对容量。绝对容量单位是“Ah”,相对容量单位是“%”数,它的定义是SOH的“%”数。

3、CAN通讯,DYZ-6估算出的SOHSOC通过CAN信号输出。ID0x88,请参阅通讯协议。

4、手机APP显示,现在男女老少几乎人人都有智能手机,通过手机APP可以方便看到电池的SOHSOC

SOHSOC的其它附件功能:续航、单耗、温度、分电压、电压、电流、功率、KWh

有了正确的SOHSOC就可以计算出许多对驾驶员有用的电池和车辆信息。

1、续航里程(km):在准确的SOHSOC基础上,只要测得平均每公里消耗电量(也就是单耗),就能计算出续航里程。这一点相信多数驾驶者都是非常欢迎的。

2、总里程(km):记录电池组整个生命周期行驶的总里程。

3、速度(km/h):显示当前车速。

4、电池总电压(V),这一点是大家都能做到的。是电池组的总电压。                               

5、放电电流(A),用来指示当前放电状态(或者大小)。

6、充电电流(A),用来指示当前充电状态(或者大小)。充电时,休眠的系统自动唤醒,显示当前充电电流。

7、放电功率(kw):显示当前电池的输出功率。

8、总放电能量(kwh):用来记录电池组整个生命周期放出的总能量。

9、温度2路():用来显示温度传感器放置位置的温度。

10、单耗(C/km):它是每行驶100km平均到1公里消耗的电量。车辆正常时,它可以描述驾驶人员的驾驶习惯、负载(或者乘员)多少、路况等等。当车辆出现故障的前期,单耗会发生高出正常值(例如胎压不足、控制器或者电机出现异常等等)现象,这时应该检查车辆,看看有没有不正常的地方。另外,对于同类车辆(电池组电压/容量一样、车型一样)单耗越小,说明车辆性能(控制器、电机、变速箱、传动等等)匹配的越好。使用者应该首先单耗低的车辆。

11、选择项:这是使用者需要单独选择的项目,不是标准配置,需要用户特别选择的。

1、电池组分电压检测:用来显示电池组中单体电池的电压。

2、増程器启停控制:有的电动车配有増程器,増程器的启停是有条件的,这些条件可以写入SOH检测装置,控制増程器的启停。

3、铅酸电池防充鼓功能:当电池组被长期放置不用,再使用时,电池组会出现热失控现象,具体表现是:电池组的充满电压不能达到充电器的额定充满电压,在充电后期,会出现充电电流不下降,充电电池上不去,电池发热现象,如果不加控制,停止充电,电池就会充鼓、高温,发生危险。防充鼓功能就是在热失控前期,停止电池组的充电,保护电池组不被充鼓。

4、电池组主动均衡功能:电池组各个单体电池能量不完全相同时,均衡器可以将能量高的单体电池向能量低的单体电池输送。能量输送的电阻<1Ω。主动均衡器在电池组串联充电时,相当于在每个单体电池上并联一个稳压器,使得电池组在串充的同时进行了并充。尽管电池组中的单体电池容量不完全一致(应该让电池组中的单体电池容量尽量一致,这包括在充放电的任意时刻)它会使每个单体电池都能够充满电量。

5、状态远传功能:将DYZ-6的主要参数,通过GPRS传送到远方终端,可以远程监视电池组运行情况。

 

 

 

山东省计量科学研究院   

济南昱泉自动化研究所  王彦华

201919

                                                             电话:15553175996

 


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