新能源汽車電池系統(tǒng)SOC范圍選擇

1、新能源汽車電池系統(tǒng)SOC范圍選擇螈某兄臺(tái)的文章頗受好評(píng)，特此快馬加鞭編輯這篇文章來談?wù)勑履茉雌囯姵叵?統(tǒng)的SOC范圍選擇。肇荷電狀態(tài) SOC ( State of Charge )，在電池手冊(cè) Handbook of Batteries, 3 rd Edition中的定義為：膃SOC=Q1/QO =電池可用容量/電池額定容量，電池可用容量和額定容量的百分 比.肂動(dòng)力電池系統(tǒng)的SOC需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線估算，因此電池的剩余容量多利用車載 狀態(tài)較容易測(cè)量的電流、時(shí)間、電壓和內(nèi)阻等參數(shù)輸入預(yù)設(shè)的模型和算法中進(jìn)行 估算得到。袈注：目前的SOC定義是針對(duì)電池單體，對(duì)于電池系統(tǒng)目前還沒有較統(tǒng)一的定義， 實(shí)際

2、使用過程中，較簡(jiǎn)單的辦法是將電池組等效為電池單體。 為確保電池的安全 性，常選用電池組中最差電池單體的 SOC來表征電池組的SOC。蒈實(shí)際的BMS里面，一般對(duì)電池的實(shí)際容量，可用容量都要進(jìn)行估算，特別是 隨著壽命進(jìn)行變化的過程，Trick是一個(gè)BMS會(huì)有循環(huán)次數(shù)和過往數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助 處理。裊電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,SOC使用范圍的選擇對(duì)電池系統(tǒng)的以下幾方面有重大影 響。袁1)安全性羈安全性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先考慮的因素薅混合動(dòng)力的電池系統(tǒng)通常SOC區(qū)間一般會(huì)在中間部分，大多會(huì)在30%-8 0%，這樣出現(xiàn)過充和過放問題的可能性較小。莂注：現(xiàn)在的混合動(dòng)力，往插電式的演進(jìn)快速前進(jìn)，電池大一些帶來的成本問題， 由

3、于補(bǔ)貼、拍照和油耗積分等因素一下子局面反轉(zhuǎn)了； 因此當(dāng)電動(dòng)續(xù)航里程的強(qiáng) 制要求下，上下限的SOC范圍往往進(jìn)一步被拉寬，帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，容以后細(xì)蝕2 )整車&電池性能肇電池系統(tǒng)的峰值充放電功率的需求選擇 SOC的使用范圍（此處暫且不考 慮冷啟動(dòng)的需求影響和傳遞效率問題）羆電機(jī)及電機(jī)控制器等負(fù)載的峰值放電功率要求Pdis_max > Pl_peak，保證在其SOC使用范圍內(nèi)電池組的峰值放電功率應(yīng)大于負(fù)載的最大功率 需求。肄能量回饋過程的峰值充電功率要求 Pcha_max> Pr_peak ,為了 盡可能多的接受回收的能量，應(yīng)滿足所設(shè)定的峰值充電功率要求螞峰值充放電功率所對(duì)應(yīng)的持

4、續(xù)時(shí)間膈電池系統(tǒng)在其SOC范圍內(nèi)必須滿足負(fù)載的峰值功率要求。莆對(duì)某電池系統(tǒng)建立SOC與其充放電10秒峰值功率的關(guān)系圖，據(jù)充放電功率的 要求，只有SOC在20%50%才能滿足系統(tǒng)所需的功率要求薂SOC控制區(qū)間的選擇還要根據(jù)整車工況能量需求確定蒁Step 1梳理整車需求，爬坡、加速等羋Step 2計(jì)算最低可用能量螇Step 3篩選待選方案，選擇不同規(guī)格的電池系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真芄Step 4分析針對(duì)不同電源系統(tǒng)產(chǎn)生的油耗情況 => 決定電池系統(tǒng) 的最低可用能量膀Step 5依據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的電壓平臺(tái)=>選擇適當(dāng)?shù)目偰芰颗cSOC 使用范圍羋注：這個(gè)電壓平臺(tái)的事情，是綜合考慮的，我曾問一位美國(guó)的工

5、 程師，豐田用DC-DC提升電壓，為啥我們不用？他言及是部分人的想法，不想 那個(gè)IGBT熱應(yīng)力導(dǎo)致很多車召回。真要做決策做系統(tǒng)分析，最重要的還是拿出 更多的評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分類和整理。膈SOC使用范圍的選擇應(yīng)考慮系統(tǒng)效率的最優(yōu)區(qū)間螞電池系統(tǒng)，能量分別分配到電池系統(tǒng)內(nèi)部阻抗和外界負(fù)載上，輸 出效率取決于電池系統(tǒng)內(nèi)阻。芃電池在混合動(dòng)力模式下用于功率調(diào)峰，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常工作在內(nèi)阻較低 的SOC范圍內(nèi)。莇圖為某款三元鋰離子電池應(yīng)用 HPPC測(cè)試方法測(cè)得電池不同SOC下的功率分 布，在SOC中間區(qū)域內(nèi)阻較小，此區(qū)域內(nèi)對(duì)外輸出效率較高。蒞效率是考核電池系統(tǒng)的重要指標(biāo)，對(duì)整車來說系統(tǒng)能量效率越高越好。莄根據(jù)整車

6、的應(yīng)用工況，測(cè)試不同 SOC范圍內(nèi)的能量效率，確定最大的 能量效率下的SOC應(yīng)用范圍。羂通常充電和放電電壓最平穩(wěn)的階段就是能量效率最好的區(qū)間= 充電或者放電電壓不會(huì)有較大的變化能量效率最穩(wěn)定，且較高。蕆計(jì)算方法為：電壓平臺(tái)區(qū)，電壓對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得到倒數(shù)絕對(duì)值較小 的區(qū)域螆不同的SOC區(qū)間，電池系統(tǒng)內(nèi)各電池單體的一致性不同=盡量選擇一致性較高區(qū)域，來保證較高的系統(tǒng)輸出效率膆SOC較高和較低的區(qū)域的電池參數(shù)的偏差較高螁中間區(qū)域的一致性偏差較低薇針對(duì)四個(gè)電池模組進(jìn)行電壓極差檢測(cè)，電池在 40%80%的區(qū)域極差較 小，電池一致性較高。腿注：這塊內(nèi)容，用廣義的來看，就是燃油經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)性分析，電能損耗直接

7、反映出來的就是油耗水平。薄3）電池系統(tǒng)壽命對(duì)于電池系統(tǒng)而言，不同的SOC的使用區(qū)間對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)壽命。薀系統(tǒng)SOC區(qū)間越大，壽命越小，其循環(huán)壽命基本符合指數(shù)增長(zhǎng)。蚇但是如果單方面為了增長(zhǎng)系統(tǒng)壽命而加大電池系統(tǒng)的能量，來減小SOC 使用區(qū)間，對(duì)于系統(tǒng)成本和系統(tǒng)布置都會(huì)產(chǎn)生不利影響.薈考慮電池系統(tǒng)的成本接受程度=成本變化對(duì)整車成本是個(gè)非常 敏感的因素。芆相同的SOC使用區(qū)間，但是起始點(diǎn)不同的話，即同樣的 DOD （depth of discharge電池放電深度）范圍，相同SOC使用區(qū)間情況下的其系統(tǒng)壽命也 存在差異。薃此處考察點(diǎn)就是對(duì)SOC均值的影響，在同樣的 SOC=20情況下，針 對(duì)不同的S

8、OC均值（35%，45%，55%）的吞吐量與SOC的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)， 均值越小，其壽命越長(zhǎng)。螇4）其他考慮因素蚄 SOC使用區(qū)間的選擇中還需要考慮螃容量方面的需莁電池系統(tǒng)老化袇BMS檢測(cè)誤差的影響等因素肅總而言之，SOC使用區(qū)間的選擇應(yīng)該綜合權(quán)衡以上各個(gè)影響因素， 并且以上因 素可能相互制約，只有在這些因素中找到平衡點(diǎn)，才可以獲得的 SOC使用區(qū)間 的最佳方案。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personne