电动汽车用镍氢电池剩余电量估计方法研究

镍氢电池是一种污染小、比能量高、比功率较高和循环寿命长的储能设备,在当前倡导的新能源和清洁能源汽车中备受关注,它不仅作为唯一能源广泛应用于纯电动汽车,也成为混合动力汽车辅助能源的首选对象。镍氢电池剩余电量(state of charge,简称SOC)估计的准确与否对电动汽车整车和车用电池两方面均具有重要意义。科学的镍氢电池SOC估计方法已成为提高镍氢电池使用效能进而提高电动汽车整体性能的关键技术之一。本文就镍氢电池动态滞回特性、扩展卡尔曼滤波的模型参数选取、低温等影响电池SOC估计精度的问题进行针对性研究。 针对镍氢电池开路电压动态滞回特性明显,导致开路电压法难以实现电动汽车短时间停车条件下快速SOC校正的问题,进行实验研究,根据实验数据总结出SOC与开路电压、停歇时间及充放电状态间的关系与规律,以此为基础建立了考虑镍氢电池动态滞回特性和充放电状态的开路电压SOC估计公式,并提出了一种修正的开路电压SOC估计法,实现了短时间停车状态下镍氢电池SOC的快速、准确校正。 针对扩展卡尔曼滤波SOC估计法中模型参数一般使用放电实验获得,从而在变电流工况时会产生较大误差的问题,设计了变电流充、放电工况,分别采用放电模型参数和充电模型参数进行SOC估计对比实验,找到了影响SOC估计精度问题的症结,提出了一种基于平均电流极性的电池模型参数自调整确定法。实验验证,该方法的应用,提高了SOC估计精度,弥补了只使用放电模型参数而影响SOC估计精度的缺陷。 为引进Peukert方程来表征镍氢电池可用容量,进行了常温和低温下不同倍率的放电实验,发现Peukert方程的适用度与温度和电流密切相关,进而提出了低温下用于镍氢电池的Peukert方程。在此基础上,建立了低温条件下镍氢电池的SOC损失模型。 针对温度对安时法SOC估计的影响问题,进行了常温和低温下的库仑效率实验,得到了库仑效率与温度的关系。结合低温条件下镍氢电池的SOC损失模型,建立了带库仑效率低温修正系数的安时法SOC估计方法。实验验证了该方法可以在低温条件下提高SOC估计的精度。 最后,为了从整体上提高镍氢电池SOC估计精度,将本文的研究成果有机整合,形成了一种镍氢电池综合SOC估计方法,即:初始SOC估计采用修正的开路电压法,过程估计采用基于平均电流极性的参数自调整的扩展卡尔曼滤波法。在此基础上,开发了一套镍氢电池管理系统。将这一研究成果分别应用到镍氢电池单个模块和镍氢电池组上进行实验验证,结果表明,该方法在估计精度上有大幅度提高。