纯电动车动力系统

纯 电 动 车 动 力 系 统李 哲清 华 大 学 汽 车 工 程 系 发 动 机 控 制 课 题 组2006.12NSSN 1 纯 电 动 概 述2 纯 电 动 动 力 系 统 组 成3 动 力 系 统 的 不 同 布 置 方 法4 电 机 5 电 池 电 池 的 反 应 式 和 基 本 类 型 比 较 三 类 主 要 实 验 ， 放 电 特 性 与 充 电 方 法 BMS的 任 务 SOC估 计 方 法 单 体 差 异 安 全 性 管 理提 纲 概 述 发 展 纯 电 动 车 的 原 因 环 境 资 源 政 策 市 场 需 求 据 国 务 院 发 展 研 究 中 心预 测 ， 从 2007年 我 国 电力 将 开 始 盈 余 。 微 型 电动 汽 车 在 夜 间 充 电 有 利于 我 国 电 力 结 构 优 化 ，假 定 我 国 2020年 电 动 汽车 、 微 型 电 动 汽 车 、 电动 自 行 车 保 有 量 分 别 达到 50万 、 500万 和 2亿 辆 ，以 三 类 电 动 车 年 行 使 里程 2万 公 里 、 1万 公 里 和 5000公 里 为 例 计 算 ， 夜间 充 电 将 为 电 网 提 供 总装 机 容 量 近 7%的 蓄 能 设备 ， 为 电 力 产 业 发 展 节约 投 资 成 本 约 1000亿 元 。到 2008年 ， 北 京 地 区 的 机动 车 排 放 将 实 行 相 当 于 欧洲 号 的 标 准 。 北 京 奥 组委 在 北 京 奥 运 行 动 规 划科 技 奥 运 建 设 专 项 规 划 中 ， 将 电 动 汽 车 开 发 、 示范 及 产 业 化 研 究 、 动 力 锂离 子 电 池 及 关 键 材 料 研 究列 入 重 点 任 务 。 动 力 系 统 组 成 ：电 池 及 其 管 理 系 统电 机 及 其 管 理 系 统辅 助 子 系 统纯 电 动 动 力 系 统 组 成 动 力 系 统 的 不 同 布 置 方 法 电 机电 磁 场 基 本 原 理磁 通 、 磁 场 强 度 、 磁 感 应 强 度 、 磁 导 率电 &磁 ：电 动 势 E 磁 通 势 F=NI电 流 I 磁 通 电 流 密 度 I/S 磁 感 应 强 度 B电 阻 R=L/rs 磁 阻 Rm=L/SI=E/R=E/(L/rs) =F/Rm=NI/(L/S)磁 场 相 互 作 用两 个 空 间 磁 场 ， 产 生 相 互 作 用 力 ， 使 得 磁 力 线 方 向 趋 于 一 致 。 （ 指 南 针 ）磁 力 线 总 是 喜 欢 从 磁 阻 小 得 地 方 通 过 。（ 吸 铁 ） 电 机 原 理 电 机 原 理 ：在 空 间 内 产 生 定 子 磁 场 和 转 子 磁场 。磁 场 相 互 作 用 产 生 扭 矩 和 感 生 电动 势 。通 过 保 持 两 磁 场 强 度 和 相 对 夹 角控 制 扭 矩 。 电 动 机 (电 能 机 械 能 )当 扭 矩 方 向 与 旋 转 方 向 相 同 时 输出 机 械 能 。此 时 感 生 电 动 势 方 向 与 电 流 同 相 ，消 耗 电 能 。 发 电 机 (机 械 能 电 能 )当 扭 矩 方 向 与 旋 转 方 向 相 反 时 消耗 机 械 能 。此 时 感 生 电 动 势 方 向 与 电 流 反 相 ，产 生 电 能 。 电 机 的 数 量 和 布 置 选 装 几 个 电 机 ？ 使 用 轮 毂 电 机 吗 ？ 电 机 选 择 什 么 类 型 ？直 流 永 磁 无 刷 ？ 四 轮 单 独 控 制 ， 减 少 打 滑 等附 着制 动 能 量 回 收重 量 电 机 的 效 率 曲 线轮 毂 电 机 线 控 ， 体 积 ， 空 间 布 置成 本浙 江 雄 霸 800W直 流 永 磁 刷 单 个 重 量 约 8Kg 1 直 流 电 机 如 传 统 汽 车 用 启 动 电 机 直 流 电 机 （ 通 过 直 流 电 直 接 驱 动 的 电 机 ）定 子 磁 场 空 间 固 定 ： 通 过 直 流 电 或 永 磁 体 产 生转 子 磁 场 空 间 固 定 ： 通 过 电 刷 转 子 线 圈 产 生 两 空 间 旋 转 磁 场 ， 当 方 向 夹 角 90度 时 ， 产 生 最 大 作 用扭 矩 。电 机 分 类 2 交 流 同 步 电 机 交 流 同 步 电 机 (转 子 转 速 与 磁 场 转 速 相 同 )定 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 通 过 交 流 电 定 子 线 圈 产 生转 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 通 过 电 刷 转 子 线 圈 或 永 磁 体 产 生电 机 分 类 励 磁 同 步 发 电 机 (APU所 用 发 电 机 )转 子 通 过 励 磁 机 励 磁 (无 刷 直 流 励 磁 )， 定 子 感 生 交 流 电 永 磁 同 步 电 机 (ISG广 泛 采 用 )转 子 永 磁 体 ， 定 子 线 圈 ， 无 电 刷S N 3 直 流 磁 阻 电 机 磁 阻 同 步 电 机 (多 用 于 步 进 电 机 )定 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 通 过 直 流 电 定 子 线 圈 产 生转 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 无 转 子 磁 场电 机 分 类 4 交 流 异 步 电 机 交 流 异 步 电 机 (转 子 转 速 小 于 磁 场 转 速 )定 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 通 过 交 流 电 定 子 线 圈 产 生转 子 磁 场 空 间 旋 转 ： 通 过 金 属 条 (鼠 笼 )感 应 产 生电 机 分 类 永 磁 同 步 电 机永 磁 同 步 电 机 分 类 永 磁 同 步 (PMSM)转 子 永 磁 体 形 成 的 空 间 磁 场 强 度 沿 周 向 呈 正 弦 波 分 布 。随 转 子 旋 转 ， 定 子 线 圈 感 生 反 电 动 势 (bemf)为 正 弦 波 。为 产 生 平 稳 扭 矩 ， 定 子 电 流 随 转 角 也 应 为 正 弦 波 。 NSSN 永 磁 同 步 电 机 分 类 交 流 无 刷 (BDCM)转 子 永 磁 体 形 成 梯 形 空 间 磁 场随 转 子 旋 转 ， 在 定 子 线 圈 感 生 反 电 动 势 (bemf)为 梯 形 波为 产 生 平 稳 扭 矩 ， 定 子 电 流 也 应 控 制 为 梯 形 波 。但 不 可 能 产 生 完 全 平 稳 扭 矩 输 出(只 有 当 bemf为 理 想 矩 形 波 时 )永 磁 同 步 电 机 电 机 损 耗 铜 损 (电 损 )定 子 线 圈 为 铜 导 线 ， 铜 损 是 指 由 于 导 线 内 阻 R引 起 的 损 耗电 损 随 定 子 电 流 幅 值 增 大 而 增 大 。 铁 损 (磁 损 )定 子 导 磁 材 料 为 铁 片 ， 铁 损 是 指 由 于 磁 路 漏 磁 Rc引 起 的 损耗 。 铁 损 随 磁 通 和 转 速 增 大 而 增 大 。 即 随 定 子 电 压 幅 值 增大 而 增 大 。永 磁 同 步 电 机 电 池 电 池 电 动 汽 车 产 业 化 发 展 的 瓶 颈 之 一 常 见 蓄 电 池 的 反 应 式 电 池 类 型 化 学 反 应 式铅 酸Pb Acid镍 铬Ni Cd镍 锌Ni Zn镍 氢Ni MHLi聚 合 物 电 池 Li Ion锂 离 子 电 池 2 2 4 4 22 2 2b b bP PO H SO PSO H O 2 2 22 2 ( ) 2 ( )d i d iC N OOH H O C OH N OH 2 2 22 2 ( ) 2 ( )n i n iZ N OOH H O Z OH N OH 2( )i iMH N OOH M N OH ,i y z i y z y zxL M O L x M O M O 为 过 渡 金 属 氧 化 物1 1 ,x x y z y zx x y zLi C Li M O C LiM OLi C Li M O 为 锂 碳 化 合 物 ， 为 锂 化 过 渡 金 属 氧 化 物 铅 酸 电 池 镍 镉 电 池 镍 氢 电 池 锂 离 子 电 池 超 级 电 容 器能 量 密 度（ Wh/kg） 差30 40 一 般40 50 好50 90 优 良60 200 非 常 差0 15功 率 密 度（ W/kg） 差100150 良 好30 40 好150 1500 良 好150 2500 优 异100030000低 温 性 能 一 般 良 好 良 好 差 优 良高 温 性 能 一 般 良 好 一 般 一 般 优 良循 环 寿 命 差 良 好 优 良 一 般 优 良记 忆 效 应 无 有 无 无 无安 全 可 靠 性 好 好 好 差 好应 用 成 本 低 较 低 较 高 高 高 发 展 现 状 商 业 化 商 业 化 商 业 应 用 有 应 用 实 例 有 应 用 实 例 动 力 电 池 体 系 发 展 现 状 比 较 蓄 电 池 主 要 实 验性 能 实 验 测 试 变 温 度 /DOD/充 放 电 速 率 下 的 时间 电 压 或 时 间 SOC 等 曲 线 ， 了 解 电 池 的 本身 特 性 。随 车 实 验 记 录 不 同 转 速 /扭 矩 下 的 电 池 电 压 /电 流/温 度 /SOC， 优 化 电 池 的 管 理 策 略 ， 不 仅 用 于 纯电 动 车 ， 还 用 于 混 合 动 力 车 （ 结 合 混 合 动 力 车 辆的 构 型 、 能 量 分 配 策 略 和 控 制 算 法 ） 。极 限 实 验 在 刺 穿 /热 失 稳 等 极 限 条 件 下 ， 评 估 电池 的 安 全 性 。 电 池 性 能 实 验 ：充 电 倍 率 对 电 压 与 温 度 曲 线 影 响 不 同 温 度 下 的 充 电 电 压 曲 线 不 同 倍 率 充 电 时 的 压 力 变 化 放 电 倍 率 对 电 池 容 量 的 影 响 温 度 对 电 池 可 用 容 量 的 影 响 隔 膜 种 类 对 电 池 荷 电 保 持特 性 的 影 响 恒 流 特 性 研 究 报 道 较 多 ， 脉 冲 性 能 研 究 报 道 较 少小 容 量 电 池 研 究 报 道 较 多 ， 大 容 量 电 池 研 究 报 道 较 少 蓄 电 池 的 放 电 特 性 曲 线 电 池 的 端 电 压 在 不 同 的 放 电 率 下 （ C） 与 放 电 时 间 的 关 系曲 线 ： 放 电 率 越 小 ， 曲 线 越 偏 上 80Ah 镍 氢 电 池 0 5 10 15 20 25 30 350.60.70.8 0.91.01.1 1.21.31.4 1.5 3C电 压（V） 放 电 时 间 （ min) 2C4C5C6C7C 如 ： 100Ah额 定 容 量 的 蓄 电 池 ：若 c/5速 率 放 电 ， 20A， 5h放 电 完 毕 ，则 c/10速 率 放 电 ， 即 10A放 电 ， 则 放 电 时 间 超过 10h；则 以 1c速 率 放 电 时 ， 即 100A放 电 ， 则 放 电 时间 小 于 1h。蓄 电 池 的 可 用 容 量 随 着 放 电 率 的 上升 而 有 所 下 降 Optima55Ah Yellowtop Pd-Acid 12V60A恒 流 放 电OUR DATA 蓄 电 池 的 可 用容 量 随 放 电 率的 上 升 而 下 降基 于 稳 态 开 路 电 压 的SOC估 计 方 法 ：t=0时 OCV=12.993V SOC=100%t=finish OCV=11.895V SOC=44.75%在 SOC=44.75%时 ， 端 电 压 就 下 降 到 了 危 险 的 6.4V S1： C/6恒 流 充 电 直 到 达 到 冒 气 电 压 （ 2.4v） ， 切 断 充 电 电 流 ， 使 得 端 电 压 稍 微 下 降 到 2.2v。 S2： 75 S1电 流 充 电 ， 直 到 达 到 冒 气 电 压 ， 切 断 充 电 电 流 ， 使 得 端 电 压 稍 微 下 降 到 2.2v。 S3： 50 S1电 流 充 电 ， 直 到 达 到 冒 气 电 压 ， 切 断 充 电 电 流 ， 使 得 端 电 压 稍 微 下 降 到 2.2v。 S4： 25 S1电 流 充 电 ， 直 到 电 池 电 压 在 15min内 不 再 上 升 为 止 。 S5： 进 入 脉 冲 均 衡 充 电 过 程 。 当 S4后 电 压 下 降 到 2.13v时 ， 开 始 这 一 过 程 ， 一 直 持 续 到 电 池 电 压 在 15min内 不 再 上 升 为 止 。 S6， S7： 重 复 S5， 以 保 证 所 有 的 单 体 都 被 充 满 。 S8： 涓 流 充 电 ， 以 补 偿 自 放 电 的 损 失 。 只 要 开 路 电 压 低 于 2.13v时 ， 就 开 始 这 一 过 程 ， 使 用 c/100的 电 流 或者 脉 冲 电 流 ， 一 直 持 续 到 电 池 电 压 在 5min内 不 再 上 升 为 止 。蓄 电 池 的 充 电 特 性 铅 酸 电 池 的 非 车 载 多 步 充 电 法 s1 s8 电 池 性 能 模 型 研 究 现 状等 效 电 路 模 型电 化 学 模 型 神 经 网 络 模 型 电 池 管 理 系 统 （ Battery Management System， 本 文 简 称 为 BMS） 是 电 池 组 热 管理 技 术 和 SOC估 计 技 术 的 应 用 平 台 。 BMS对 于 电 池 组 的 安 全 、 优 化 使 用 和 整 车能 量 管 理 策 略 的 执 行 都 是 必 需 的 。 所 有 的 现 代 电 动 汽 车 都 安 装 有 BMS。 电 池 管 理系 统 的 功 能 主 要 包 括 数 据 采 集 、 数 据 显 示 、 状 态 估 计 、 热 管 理 、 数 据 通 讯 、 安 全管 理 、 能 量 管 理 和 故 障 诊 断 。 数 据 采 集热 管 理 能 量 管 理故 障 诊 断安 全 管 理 数据通讯温 度 控 制 电 流 电 压 温 度 负 载 充 电 机 上 位 机整 车 控 制 器电 机 控 制 器等信号流功率流 电池管理系统数 据 显 示状 态 估 计蓄 电 池 监 测 和 管 理 系 统 1 BMS的 主 要 任 务任 务 传 感 器 输 入 的 信 号 执 行 器 件防 止 过 充 电 池 电 压 ， 电 流 和 温 度 充 电 器避 免 深 放 电 池 电 压 ， 电 流 和 温 度 电 动 机 功 率 转 换 器温 度 控 件 电 池 温 度 冷 热 空 调电 池 组 件 电 压 和 温 度 的平 衡 电 池 电 压 和 温 度 平 衡 装 置预 测 电 池 的 SOC和 剩 余行 驶 里 程 电 池 电 压 ， 电 流 和 温 度 显 示 装 置 电 池 诊 断 电 池 电 压 ， 电 流 和 温 度 非 在 线 分 析 装 置 2 SOC估 计理 论 SOC计 算 方 法 ：（ 1） 理 论 上 ： SOC=Cr/CtCr： 电 池 在 恒 流 I放 电 时 在 计 算 时 刻 的 剩 余 容 量 ；Ct： 电 池 在 恒 流 I放 电 时 在 计 算 时 刻 的 总 容 量 ； 而 Ct与 I的 关 系 如 下 计 算 ： (1 )2 1 1 21 1 2 2lg( / )/lg( / )nt n nC KIn t t I IK I t I t I1： 最 高 放 电 电 流I2： 最 低 放 电 电 流t1： 与 I1对 应 的 放 电 时 间t2： 与 I2对 应 的 放 电 时 间 由 于 电 流 、 温 度 、 自 放 电 、 老 化 等 因 素 对 SOC的 非 线 性 影 响 使 得 在 线准 确 估 计 电 池 组 的 SOC具 有 很 大 难 度 。 电 动 汽 车 动 力 电 池 SOC估 计 方 法 主 要 有 放 电 试 验 法 、 安 时 计 量 法 、 内阻 法 、 开 路 电 压 法 、 负 载 电 压 法 、 神 经 网 络 法 和 卡 尔 曼 滤 波 法 。 （ 1） 放 电 试 验 法 放 电 试 验 法 是 最 可 靠 的 SOC估 计 方 法 ， 它 采 用 标 准 电 流 对电 池 进 行 恒 流 放 电 ， 当 达 到 放 电 终 止 条 件 时 ， 放 电 电 流 与时 间 的 乘 积 即 为 电 池 放 电 前 的 剩 余 电 量 。 放 电 试 验 法 有 两个 显 著 缺 点 ： 电 池 进 行 的 工 作 要 被 迫 中 断 ； 需 要 大 量时 间 。 所 以 放 电 试 验 法 不 适 合 电 动 汽 车 上 实 时 应 用 。 （ 2） 一 些 实 用 性 方 法 （ 2） 内 阻 法 电 池 内 阻 R有 交 流 内 阻 （ Internal Impedance， 也称 交 流 阻 抗 ） 和 直 流 内 阻 （ Internal Resistance）之 分 ， 它 们 都 与 SOC密 切 相 关 。 交 流 阻 抗 表 示 电池 对 交 流 电 输 入 的 抗 拒 能 力 ， 交 流 阻 抗 受 温 度 影响 大 ， 且 关 于 应 该 在 电 池 平 衡 状 态 还 是 在 充 放 电过 程 中 进 行 交 流 阻 抗 测 量 存 在 争 议 ， 所 以 很 少 应用 。 直 流 内 阻 表 示 电 池 对 直 流 电 输 入 的 抗 拒 能 力 ，等 于 在 同 一 很 短 时 间 段 内 电 池 电 压 变 化 量 与 电 流变 化 量 的 比 值 。 直 流 内 阻 法 的 缺 点 是 难 于 在 电 动汽 车 上 实 时 测 量 ， 也 很 少 应 用 。 （ 3） 开 路 电 压 法 电 池 的 开 路 电 压 OCV（ Open Circuit Voltage） 与 SOC存在 单 调 变 化 的 一 一 映 射 关 系 。 在 使 用 开 路 电 压 法 前 须 通过 试 验 得 到 OCV与 SOC的 对 应 关 系 。 开 路 电 压 法 的 显 著缺 点 是 需 要 将 电 池 长 时 静 置 以 达 到 电 压 平 衡 ， 电 池 从 工作 状 态 恢 复 到 平 衡 状 态 一 般 需 要 几 个 甚 至 十 几 个 小 时 ，静 置 时 间 如 何 确 定 也 是 一 个 问 题 。 所 以 该 方 法 单 独 使 用只 适 于 电 动 汽 车 驻 车 状 态 。 根 据 作 者 的 研 究 经 验 ， 即 使对 于 处 于 平 衡 状 态 的 镍 氢 电 池 使 用 开 路 电 压 法 ， 误 差 水平 也 可 能 大 于 20%。 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.011.512.0 12.513.013.5 14.014.5 开路电压（V） SOC电 池 开 路 电 压 随 SOC的 变 化 趋 势 (80Ah) （ 4） 负 载 电 压 法 负 载 电 压 法 的 原 理 可 由 式 说 明 ： UL为 负 载 电 压 ， IL为 负 载 电 流 。 以 不 同 电 流 对 电 池 组 进 行 恒 流 充 电 ，将 得 到 一 组 以 电 流 标 记 的 互 不 交 叉 的 SOC与 充 电 电 压 的 关 系 曲 线 （ 如图 下 左 ） ； 以 不 同 电 流 对 电 池 组 进 行 恒 流 放 电 ， 将 得 到 一 组 以 电 流 标记 的 互 不 交 叉 的 SOC与 放 电 电 压 的 关 系 曲 线 （ 如 图 下 中 ） ； 基 于 这 两组 曲 线 可 以 得 到 电 流 IL、 电 压 UL和 SOC的 三 维 对 应 关 系 （ 如 图 下 右 ） ，该 对 应 关 系 就 是 负 载 电 压 法 应 用 的 基 础 。 负 载 电 压 法 的 优 点 是 能 在 电 动 汽 车 上 实 时 应 用 ， 对 于 恒 流 放 电 的 电 池组 有 较 好 的 精 度 。 但 电 动 汽 车 上 剧 烈 波 动 的 电 池 组 电 压 给 负 载 电 压 法应 用 带 来 困 难 ， 误 差 较 大 。 所 以 负 载 电 压 法 很 少 应 用 到 实 车 上 ， 但 常用 来 作 为 电 池 充 放 电 截 止 的 判 据 。 电 流 为 零 时 的 负 载 电 压 法 即 为 开 路电 压 法 。 ( , )L LSOC f U I 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0121314 1516 2C 1.5C 1C0.5C电压/V SOCC/3 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.01011 121314 2C1.5C 1C0.5C电压/V SOC C/3 -200 -100 0 100 200 00.25 0.50.75 1300 350 400 450 500 550 电流/ASOC 电压/V （ 5） 安 时 计 量 法 如 果 电 池 在 充 放 电 起 始 时 刻 t0的 SOC为 SOC0， 那 么 t时 刻 的 SOC由 式 计 算 ， 即 为 安 时 计 量 法 的 原 理 ， 其 中 CN为 额 定 容 量 ， Eta为 库 仑 效 率 。 由 于 安 时 计 量 法 原 理 简 单 ， 工 作 稳 定 ， 是 目 前 电 动 汽 车 最 常 用 的 SOC估 计 方法 。 清 华 大 学 计 算 机 系 设 计 的 电 池 管 理 系 统 、 丰 田 公 司 Prius、 本 田 公 司 的 电动 汽 车 EV Plus， 通 用 大 宇 的 电 动 汽 车 DEV5使 用 的 都 是 安 时 计 量 法 ， FCB也使 用 安 时 计 量 法 。 安 时 计 量 法 有 两 个 主 要 缺 点 ： 方 法 本 身 不 能 估 计 初 始 SOC； 库 仑 效 率 难 于 准 确 测 量 ， 不 准 确 的 库 仑 效 率 对 SOC误 差 有 累 积 效 应 。 解 决 电 池 初 始 SOC的 问 题 ， 目 前 通 常 引 入 开 路 电 压 法 或 负 载 电 压 法 来 辅 助 解决 。 对 库 仑 效 率 问 题 主 要 是 基 于 大 量 实 验 数 据 进 行 修 正 。 安 时 计 量 法 能 够 基 本 满 足 电 动 汽 车 电 池 组 SOC估 计 的 需 要 ， 但 是 精 度 还 需 提高 。 FCB对 SOC估 计 精 度 要 求 为 8%， 安 时 计 量 法 无 法 在 所 有 电 池 使 用 环 境都 达 到 该 精 度 。 00 1 ttNSOC SOC I dC （ 6） 神 经 网 络 法 神 经 网 络 法 原 理 如 图 所 示 神 经 网 络 法 适 用 于 各 种 电 池 ， 缺 点 是 需 要 大 量 的 试 验 数 据进 行 训 练 ， 估 计 误 差 受 训 练 数 据 和 训 练 方 法 的 影 响 很 大 ，适 用 范 围 受 训 练 数 据 限 制 ， 而 且 在 电 池 管 理 系 统 中 较 难 实现 。 大 量 文 献 使 用 神 经 网 络 估 计 处 于 恒 流 、 恒 负 载 充 放 电 状 态的 电 池 的 SOC。 实 际 电 动 汽 车 动 力 电 池 的 工 作 状 态 多 样 且电 流 剧 烈 变 化 ， 适 合 电 动 汽 车 工 况 的 神 经 网 络 SOC估 计 方法 还 在 研 究 中 。 电 流温 度电 压 SOC （ 7） 卡 尔 曼 滤 波 法卡 尔 曼 滤 波 理 论 的 核 心 思 想 是 对 系 统 的 状 态 做 出 最 小 方 差 意 义 上 的 最 优 估 计 。 如 式 所 示 ， 卡 尔 曼 滤 波 应 用 于 电 池 SOC估 计 ， 电 池 被 电 池 性 能 模 型 和 安 时 计 量 法 描 述 为 离 散 的 系统 ， SOC是 系 统 的 一 个 状 态 ， SOCk和 SOCk+1分 别 表 示 两 个 临 近 的 具 体 SOC值 。 卡 尔曼 滤 波 法 估 计 SOC的 算 法 是 一 套 包 括 SOC估 计 值 和 反 映 估 计 误 差 的 协 方 差 矩 阵 的 递 归方 程 。 与 其 他 方 法 相 比 ， 卡 尔 曼 滤 波 法 的 优 点 是 对 初 始 SOC误 差 不 敏 感 和 更 适 于 电 流波 动 剧 烈 的 电 动 汽 车 应 用 环 境 ， 缺 点 是 对 电 池 性 能 模 型 精 度 及 电 池 管 理 系 统 计 算 能 力要 求 高 。 目 前 ， 丰 田 公 司 、 本 田 公 司 和 福 特 公 司 生 产 的 混 合 动 力 汽 车 使 用 的 电 池 组 SOC估 计 方法 都 是 电 流 （ 安 时 计 量 法 ） 结 合 电 压 （ 开 路 电 压 法 和 负 载 电 压 法 ） 的 估 计 方 法 ， 精 度 约 为 10% 20%， 电 池 SOC使 用 范 围 为 0.5 0.8。 各 个 公 司 都 在 不 断 对 自 己 的 电 池 组SOC估 计 技 术 进 行 改 进 ， 因 为 这 是 各 个 公 司 的 核 心 技 术 ， 在 公 开 文 献 中 ， 各 公 司 从 未对 技 术 细 节 进 行 介 绍 。 香 港 大 学 、 德 国 乌 尔 姆 大 学 、 德 国 亚 琛 工 业 大 学 都 正 在 进 行 电池 SOC估 计 方 法 的 研 究 。 在 上 面 介 绍 的 多 种 SOC估 计 方 法 中 ， 神 经 网 络 法 和 卡 尔 曼 滤 波 法 是 比 较 有 希 望 的 新 方法 。 1, ( )/( , , )k k k NL k L k k kSOC SOC I t CU U SOC I T 电 池 SOC估 计 方 法 总 结SOC估 计 方 法 优 点 缺 点 应 用 现 状放 电 试 验 法 准 确 无 法 实 时 在 线 估 计 实 验 室 验 证 用安 时 计 量 法 实 时 、 简 单 、 稳 定 受 电 池 初 始 SOC、 效 率及 累 计 误 差 影 响 已 在 电 动 车 上 应 用Prius, EV Plus, DEV5-5开 路 电 压 法 简 单 、 实 时 时 间 长 、 误 差 大 ， 需 开路 与 其 它 方 法 组 合 使 用负 载 电 压 法 实 时 、 简 单 、 误 差 大 与 其 它 方 法 组 合 使 用直 流 内 阻 法 实 时 、 简 单 、 兼 测SOH 误 差 大 已 应 用 于 铅 酸 电 池交 流 阻 抗 法 实 时 、 可 兼 测 SOH、 对 初 始 SOC 不 敏 感 某 些 等 效 电 路 元 件 缺 乏明 确 的 物 理 意 义 已 应 用 于 铅 酸 电 池人 工 神 经 网 络 法 实 时 受 训 练 数 据 和 方 法 影 响 开 发 中卡 尔 曼 滤 波 法 实 时 、 对 初 始 SOC 不 敏 感 、 精 度 较 高 模 型 及 其 计 算 要 求 高 开 发 中 3 控 制 单 体 差 异 的 方 法 1 均 衡 充 电 法 ： 采 用 脉 冲 电 流 ， 以 期 将 所 有电 流 都 充 满 ， 只 能 在 充 电 过 程 中 发 挥 作 用 。 2 分 流 电 路 法 ： 一 旦 本 单 体 被 充 满 ， 分 流 电路 就 会 分 流 充 电 电 流 ， 只 能 在 充 电 过 程 中发 挥 作 用 。 3 开 关 电 容 平 衡 器 法 ： 通 过 电 容 的 不 同 连 接 ，实 现 不 同 单 体 间 的 电 压 平 衡 ， 可 以 随 时 使用 。 开 关 电 容 平 衡 器 法 图 示 ： 4 电 池 在 电 动 汽 车 上 应 用 时 的 其 他 安 全 性 问 题反 应 安 全 性环 境 安 全 性 充 放 电 安 全 性 温 度 （ 热 管 理 ）SO C电 流 （ 功 率 ）振 动碰 撞针 刺跌 落高 压 及 绝 缘挤 压 反 应 安 全 性 0 1 2 3 4 5 61520 2530 100011001200 130014001500 Voltage(mV)VoltageTemperatureTemperatur() Time(h) F Temperature G Temperature H Temperature I Temperature 0 50 100 150 200 250 3002025 3035 4045Temperature () Time (min) 单 体 电 池 内 外 温 度 对 比 电 池 箱 体 散 热 效 果 热 管 理 相 关 研 究 单 体 电 池 内 外 温 度 模 块 电 池 散 热 研 究 电 池 箱 体 散 热 研 究 (流 场 及 温度 场 分 布 ） 及 优 化 设 计 电 池 箱 体 实 物 串 行 通 风 和 并 行 通 风电 池 箱 体 设 计 和 散 热 优 化 环 境 安 全 性 在 非 运 行 状 态 时 ， 通 过 降 压 装 置 将 电 池 箱体 内 的 高 电 压 分 解 ， 避 免 高 压 隐 患 。 在 整 车 安 装 时 ， 用 专 用 绝 缘 子 将 电 池 箱 体与 整 车 底 梁 绝 缘 ， 提 高 箱 体 电 压 安 全 性 。高 压 及 绝 缘碰 撞 安 全 在 电 池 箱 体 侧 面 加 装 碰 撞 传 感 器 ， 在 遭 遇 碰撞 事 故 时 安 全 系 统 启 动 ， 确 保 电 池 箱 体 及 电池 的 安 全 。 电 池 箱 加 强 筋电 池 模 块 电 池 加 固 压 板 电 池 箱 加 强 筋 电 池 加 固 压 板箱 体 内 电 池 固 定 示 意 图车 用 箱 体 内 电 池 固 定 示 意 图电 池 模 块 抗 振 安 全 性 跌 落 挤 压针 刺 谢 谢 ！