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交通大學姜久春教授:動力電池重組優化技術降低電池成本15%

發布時間: 2014-10-22 15:58:48    來源: 電池中國網綜合
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[摘要]電池管理系統是十分重要的電池部件之一,北京交通大學電氣工程學院院長姜久春教授認為,動力電池管理系統,參與整車調度,可直接決定整組電池的使用壽命。


  北京交通大學電氣工程學院從1997年開始在BMS方面開展工作,目前已開始按照整車要求開發車用BMS。目前日、美、韓三國都有關于BMS方面的研究。國內廠商如比亞迪、哈爾貫拓都有自己的BMS。電池的另一項關鍵技術稱為SOC,目前研究的機構很多,但真正進入實際的工業化應用還較少。開環方法主要包括安時積分法、開路電壓法、交流阻抗譜法、直流內阻法,采用閉環方法計算比較復雜,可靠性也比較差。建立模型后,需要基于SOC曲線進行誤差修正。通過系統測量噪聲對SOC估計精度仿真分析,估計誤差需保持5%以內。檢測芯片的精度不難達到,但實際使用中精度是否達標,還要通過精心設計才能保證。
  簡單的電池模型RPCP模型,其模型參數包括內阻Ro和Rp、極化電容Cp、電池容量Q、電池OCV-SOC曲線等,內阻誤差對電池SOC估計精度影響最大,實際電池內阻誤差在20%左右,可造成SOC估計誤差達50%以上,大倍率放電條件下誤差更大。極化電容Cp只影響電池SOC暫態誤差,穩態誤差不受其影響。電池容量Q對SOC有一定有影響,但誤差很小可以忽略。電池衰退從100%Q衰退到80%Q,不用修正同樣可以保證SOC達到很高精度。鋰電池OCV-SOC曲線會受電池老化影響改變,這些誤差將導致5%以上的SOC估算誤差。因此及時修正OCV-SOC曲線,可以得到比較高的精度,不管電池怎樣衰退,仍然可以保證OCV-SOC曲線精度很高。而只要在這個范圍之內就可以保證SOC誤差在5%以內。
  PI、Hoo、EKF三種觀測器中,PI是最好的,不僅計算簡單,噪音抑制能力也是最強的。全生命周期內高精度估計SOC工程化應用解決方案,通過Q和極化電容Cp對SOC估計,并通過實時控制,使SOC得到較高的精度。
  北京交通大學電氣工程學院在充電技術方面也在不斷優化。設計充電用二級模型,并通過優化控制極化電壓,得到快速充電效果。錳系電池和三元系電池的極化電壓特性幾乎相同。通過極化電壓限制,可以得到充電電流的邊界曲線。綜合考慮SOC曲線特性和變化特性,可以找到長壽的充電電流曲線,并可得到邊界曲線。通過400次循環試驗,用0.5C的恒流恒壓充電,實際衰退率為2.14%,優化充電達1.4小時,從而延長電池壽命。
  均衡控制跟衰退軌跡相關。我們所做的電池均衡是最大限度保持所有電池SOC在同一范圍內,這樣的電池利用率最高。如果電池容量存在差異,則不能通過均衡來解決,只能通過控制SOC解決。比如在不同衰退情況下,選擇不同的控制策略。通過比較均衡前和均衡后的充電曲線可以看出,均衡前容量為92.2%,均衡后為96.6%,均衡前標準差是2.3%,均衡后標準差大3.6%。雖然單次4%不算大,但是用兩千次后4%就是很大的容量。重組之前,單體電池容量從0到百分之百,重組之后,可以達到從5%到95%。如果均衡做得好,將永遠保持5%到95%。
  北京交通大學電氣工程學院正在利用大數據技術,對電池運行狀態和安裝性進行評估,并通過對接歷史數據,對電池做出預測。因為實驗室得出的結論,比如電池從某一個時間點衰退等,受到擾動因素影響較大,包括溫度,突然電流或者漏電等情況,因此可以通過大數據可以解決這個問題。
  北京交通大學電氣工程學院在動力電池重組優化技術方面,也取得一些進展。比如在北京冬天的環境中,如何依靠電池內部在低溫環境下下進行加熱,這一問題還有待解決。動力電池和電力電子深度融合的柔性成組技術,也有希望得到很好應用。此外,如何將電池進行二次利用,將電池用作儲能還是非常重要的問題之一。據測算這樣可以降低15%的車用電池成本。
 

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