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车载动力电池系统及充电机充电技术解析

2017-07-03 00:06
木中君
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(2)开路电压法。锂离子电池开路电压与SOC有近似线性关系,可用来判断电池内部的状态。但因测量要求较为严格,需要电池静置时间至少在1 h以上,不适合单独使用于电动汽车内电池的在线实时检测。一般情况下,因开路电压法在充电机充电初、末期估算值准确率较高,经常将开路电压法与安时计量法结合使用。

(3)卡尔曼滤波法。卡尔曼滤波法凭借出色的纠正误差能力,特别适合于电流波动剧烈的混合动力电池,该估算法的缺点在于对系统处理速度的要求较高。

(4)神经网络法。神经网络具有分布并行处理、非线性映射和自适应学习等特性,因此可以用于模拟电池动态特性,估算SOC。但是此方法需要大量参考数据供神经网络进行学习,且数据和训练方法要求较高,否则会造成不可接受的误差。

2.2 均衡管理

在生产电池过程中要经过很多道工序,差异化会造成不一致的状态。电池单体的差异主要表现在随着时间推移和温度变化,其内阻和容量都会有差异。单体之间大的差异更容易引起过充或过放现象,造成电池损坏。实现电池均衡能够最大限度地发挥动力电池的效用,延长电池使用寿命,增加安全性。现阶段国内外主流均衡方法如下:

(1)电阻均衡法。此方法是能量耗散型均衡法的主要代表,方法简单,成本低,但是能量损耗比较大,效率较低,只适用于小电流充放电的系统中。

(2)开关电容法。此方法是非能量耗散型均衡法的主要代表,它弥补了电阻均衡的缺点。但它控制电路复杂,均衡速度较慢,用时较长,不适合大电流使用。

(3)变压器均衡法。此方法是基于对称多绕组变压器结构的串联电池组主动均衡控制方法。它的缺点是电路复杂、器件多,体积太庞大,不易于电池组的扩展。一般适用于大电流的充放电中。

(4)集中式均衡。该方法能迅速地使整个电池组为电池单体转移能量,集中式均衡模块的体积更小。但多个电池的均衡操作不能并行进行,而且需要大量线缆连接,不适用于电池数量较大的电池组。

2.3 热量管理

温度对电池各方面的性能都有影响。温度场的不均匀性将加剧电池组的不一致性,故对其进行管理非常必要。热管理的目的是通过加热或者散热措施将电池系统的温度维持在一定的范围内,并且尽量保持电池组内的温度一致性。

温度管理主要完成以下4项功能:(1)快速加热低电阻条件下的电池组;(2)保证电池温度场的均匀分布;(3)电池温度的准确测量和监控;(4)在电池组温度过高时,有效地疏散热量。常用的冷却方法有自然对流法、强迫空气对流法、液体流法、相变材料法和热管理法等,常用的加热方法有电池内部加热法、加热板法、加热套法和热泵法等。

3 锂离子电池充电机充电技术

3.1 现状及发展趋势

实际应用中,根据电池容量的限制选择不同的充电机充电模式是延长蓄电池使用寿命的必然选择。锂离子电池充电机充电方法较多,最简单的是恒定电压充电机充电法。锂离子电池组一般由大量的单体串联组成,由于每个单体制造工艺的差别,存在内阻、电压、容量和温度的不一致性,易造成充放电过程中的不均衡,即大容量单体浅放、小容量单体过放,这会对电池组造成严重损伤。解决不均衡充放电问题是锂离子电池组的研究重点。

电动汽车对电池充电机充电技术的要求包括:

(1)充电机充电过程快速化。动力电池比能量低导致一次性充电机充电续航里程短,这一直是限制电动汽车发展的重要因素。只要让蓄电池更快速更有效地充电机充电,就可以间接弥补电动汽车续航里程短这一大弱点。

(2)充电机充电设备通用化。为了追求相关学术前沿、优化自身产品争取尽可能多的市场份额,各种新型的蓄电池层出不穷,并共存于这个市场中。在不同种类、不同电压等级蓄电池并存的情况下,公共场所中的充电机充电设备需要拥有更广泛的适应性,一方面充电机充电机需要适用于尽可能多的蓄电池,另一方面对于不同的电压等级,充电机充电机都需要满足客户的要求。

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