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新型SOH、SOC电池容量估算系统
发布日期: 2020-12-4    点击率:529

关键词:电池容量、SOHSOC

一、首先介绍一下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。

二、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℃和-10℃的SOH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。

三、目前国内外SOHSOC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。

四、 介绍一种新型、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)方法。

这种方法测量SOHSOC与目前SOHSOC的区别和先进性:

首先新方法在估算电池组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

SOH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。

 SHAPE  \* MERGEFORMAT

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),证明它能适应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。

附实测电池全生命周期曲线以供参考:

72V32Ah电池组全生命周期路跑曲线

以下曲线是一组72V_32Ah电池组,从全新电池安装上车到容量衰减至只有3Ah,SOH经历了118%~10%电池组的全生命周期,历经2年5个月(2017.11~2020.3),2个冬天,2个夏天,行程2万6千(26352.3km)公里。用济南昱泉自动化研究所自主开发的电池容量检测(SOH车载系统实时检测估算系统,记录电池组的SOH变化的过程状态曲线。

在大量的路跑数据中,为了简单明了看到变化趋势,以每个月取一个数据(10号~20号之间)摘选出显示数据,做出该图。

从图中可以看出,在电池组的全生命周期中,可以根据环境温度变化(夏天环境温度高,估算实测SOH高,达到标称容量的118%,冬天环境温度低估算实测SOH低,降到标称容量的62.5%),电池老化衰减(从2018.7第一个峰值标称容量的118%到2019.6月第二个峰值标称容量的96%,这2个峰值从38Ah衰减到31Ah,用了1年的时间。再经过9个月,电池组容量迅速衰减,直至下降到3Ah。)等等因素自动跟踪SOH变化,提供非常准确SOH(最大容电量Ah)数据,具备自学习、自适应功能。克服了当前电池组车载容量检测不稳定,不准确的问题。突破了SOH检测的瓶颈。是各种类型电池,电池组容量检测的有效工具,为电池组容量检测提供有效工具。现在已经成功使用于铅酸电池、锌镍电池,并且批量生产。正在开发锂离子电池应用。

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