亚博app首页|【干货】磷酸铁锂电池的SOC估算研究

本文摘要:1.为了应对能源危机,减缓全球气候变化,许多国家开始倡导节能减排,发展低碳经济。

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1.为了应对能源危机,减缓全球气候变化,许多国家开始倡导节能减排,发展低碳经济。电动汽车,由电力驱动,可以减少二氧化碳排放,甚至建立零排放,因此受到各国的高度推崇,发展迅速。但是电池的成本仍然很高,动力电池的性能和价格是电动汽车发展的主要瓶颈。

磷酸铁锂电池因其寿命长、安全性能好、成本低而成为电动汽车的理想电源。随着电动汽车的发展,电池管理系统得到了广泛的应用。为了充分发挥电池系统的动态性能,提高其安全性,避免电池的过充过放,缩短电池的使用寿命,优化驾驶员,提高电动汽车的使用性能,BMS系统需要准确估计电池的SOC(荷电状态)。

SOC是用来描述电池使用过程中可以充放电的容量的最重要的参数。2.问题明确指出,电池的SOC与很多因素(如温度、前一刻的充放电状态、极化效应、电池寿命等)有关。),并且具有很强的非线性,给SOC的动态在线估计带来了相当大的困难。目前,电池SOC估计策略主要有:开路电压法、安时测量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等。

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开路电压法的基本原理是将电池充分静置,使电池端电压完全恢复到开路电压,静置时间一般在一小时以上,不适合电动汽车的动态在线检测。图1比较了锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的开路电压(OCV)和荷电状态之间的关系。磷酸铁锂电池的OCV曲线比较平坦,用开路电压法很难完全估计其荷电状态。图1锰酸锂和磷酸铁锂的OCV-荷电状态曲线。

目前在实践中使用的大多数动态在线荷电状态估计方法都使用安培小时测量方法。由于安时测量没有误差,总误差不会随着使用时间的减少而变大,因此无法单独使用这种方法来估计电池的荷电状态。在实际使用中,大多数不会与开路电压法结合,但磷酸铁锂平缓的OCV-荷电状态曲线对安时测量的校正意义不大。

因此,一些学者利用充放电后期电池极化电压小的特点来校正SOC。对于磷酸亚铁锂电池,极化电压明显升高时电池的荷电状态约为90%。

电池的充电状态与充电电流的关系可以分为三个阶段:第一阶段,低SOC(如SOC10%),电池内阻小,不适合大电流充放电;第二阶段,电池的SOC中间阶段(如10%SOC90%),降低电池不可接受的充电电流,可以用较小的电流充放电;第三阶段,电池高端SOC(如SOC90%),为了避免锂沉积和过放电,电池可以拒绝接受充放电电流的增加。彻底来说,为了避免电池在无限工况下对电池寿命产生不良影响,应该控制电池在SOC两端不工作。

所以不建议利用电池在SOC两端时极化电压较高的特点来修改SOC。人工神经网络方法和卡尔曼滤波方法所需的数据主要依赖于电池电压的变化来获得令人失望的结果,因此不能满足磷酸亚铁锂电池对SOC精度的拒绝。

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本文分析了磷酸铁锂电池的特性,在现有荷电状态估计分析的基础上,提出了一种准确修正磷酸铁锂电池荷电状态的方法。3.在电化学测量方法中,当分析电池内部的化学反应速率与电极电位之间的关系时,常用的方法是线性电位扫描,以控制电极电位以恒定速度变化,即测量电流
线性扫描速率对电极极化曲线的形状和数值有很大影响。当电池充放电过程中没有电化学反应时,扫描速率较慢,电极的极化电压较大。只有当扫描速率足够慢时,才能获得稳定的伏安特性曲线。

此时,曲线主要反映电池中电化学反应速率与电极电位之间的关系。伏安曲线反映了电池最重要的特征信息,但伏安曲线的动态测量在实际工程应用中还没有得到发展。毕竟主要是因为电池在充放电过程中没有线性电位扫描条件,无法获得电池的伏安曲线。

恒流-恒压(CC-CV)电池法是目前常用的电池法。在电位扫描中,电位总是以恒定的速率变化,电化学反应速率随着电位的变化而变化。在一段时间(t1-t2)内,电池用电流I充放电的电量Q为:通过在线测量电池的电压和电流,电压在充放电方向不断变化,等间隔得到一组电压V。

在每个V时间间隔内对电流进行分频,就可以得到一组Q。基于可以在线测量的Q/V曲线,可以反映电池在不同电极电位点的充电和爆震能力。图2为20Ah磷酸铁锂电池在1/20C恒流电池下的Q/V曲线。

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