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一種延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命的SOP算法

2020-04-15 23:36:39·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
作者單位：東軟睿馳汽車技術(shù)（沈陽）有限公司DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.03.0011緒論隨著電動(dòng)汽車的日益普及，電池管理系統(tǒng)的作用也變得越來越重要。電
作者單位：東軟睿馳汽車技術(shù)（沈陽）有限公司
DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.03.001
1緒論
隨著電動(dòng)汽車的日益普及，電池管理系統(tǒng)的作用也變得越來越重要。電動(dòng)汽車加入電池管理系統(tǒng)是為了更好的保護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。而隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)化的普及，電動(dòng)汽車燃燒的現(xiàn)象也漸漸的出現(xiàn)在公眾視野，拋開電池本身的問題，如何更好的管理和保護(hù)電池也成為工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。而SOP（stateofpower）作為SOX算法的其中之一，控制電池工作在最佳的使用功率內(nèi)，很大程度上延長(zhǎng)了電池使用壽命，甚至可以遏制電池燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。SOP可反映在汽車行駛中，尤其是啟動(dòng)，加速，爬坡過程及制動(dòng)能量回收，快速充電過程中，能實(shí)時(shí)反饋電池能夠?qū)ν馓峁┑淖畲蠊β始半姵啬軌驈耐饨邮艿淖畲蠊β省５?，現(xiàn)有SOP算法大部分是基于電池的靜態(tài)功率來進(jìn)行限制，當(dāng)車輛或電池在動(dòng)態(tài)情況下使用靜態(tài)功率來控制顯然是不合理的，如何把靜態(tài)功率轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)功率是本文的核心。
2SOP應(yīng)用及算法
2.1SOP在車輛的應(yīng)用
 
SOP在BMS的軟件中是以二維表格的形式存在，它可以根據(jù)SOC和溫度查找到此刻的電池最大使用功率。BMS會(huì)以CAN總線的形式實(shí)時(shí)發(fā)送功率值到VCU，而VCU是整車的大腦，它會(huì)通過相應(yīng)的算法輸出電機(jī)扭矩到MCU，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制車輛的車速。
SOP表格會(huì)有10秒、30秒和持續(xù)三種表格存在，示例如下表1。
 
他們的意義如下：
10秒：此刻以表中查詢的功率放電（或充電）10秒后達(dá)到電池的截止電壓；
30秒：此刻以表中查詢的功率放電（或充電）10秒后達(dá)到電池的截止電壓；
持續(xù)：可以以表中查詢的功率進(jìn)行持續(xù)放電（或充電）。
這三張表格都是電池在靜態(tài)下由電池廠通過實(shí)驗(yàn)完成，不能完全表征在電池動(dòng)態(tài)情況下的最大使用功率。
2.2SOP由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換算法
在某些車廠需要BMS實(shí)時(shí)發(fā)送出此時(shí)刻的電池最大使用功率，無需區(qū)別10秒、30秒和持續(xù)，需要BMS在內(nèi)部轉(zhuǎn)換完成后發(fā)送給VCU。
算法思路：算法中引入了能量的概念，能量=功率×時(shí)間。通過BMS實(shí)時(shí)計(jì)算電池系統(tǒng)的能量和與通過表格查詢到的功率×時(shí)間做比較，來完成三張表格的實(shí)時(shí)切換。
 
在BMS啟動(dòng)的初始10秒內(nèi)，BMS發(fā)送的SOP值為根據(jù)SOC和溫度查出的10s功率值，超過10S后，按以下公式計(jì)算：
 
當(dāng)滿足公式（1）時(shí)，BMS發(fā)送的功率值將降為查詢30s功率表。如果接下來20S內(nèi)滿足以下公式：
 
滿足公式（2）時(shí)，BMS發(fā)送的功率值回升到10s功率表。同理，30s功率值向持續(xù)功率值切換公式如下：
 
持續(xù)功率值回升到30s功率值切換公式如下：
 
10s功率值向持續(xù)功率值切換公式如下：
 
持續(xù)功率值回升到10s功率值切換公式如下：
 
對(duì)上述公式的說明：
t0：BMS啟動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間；
p：實(shí)時(shí)功率值；
p10：10s的功率值；
p30：30s的功率值；
p持續(xù)：持續(xù)功率值；
n：超出30s功率值的系數(shù)；
m：超出持續(xù)功率值的系數(shù)；
T1：30s功率值恢復(fù)到10s功率值的時(shí)間；
T2：持續(xù)功率值恢復(fù)到30s功率值的時(shí)間；
T3：持續(xù)功率值恢復(fù)到10s功率值的時(shí)間；
下圖描述了以上公式的切換過程：
 
3實(shí)際應(yīng)用
 
此算法應(yīng)用在實(shí)車項(xiàng)目，并已量產(chǎn)。上圖為實(shí)車的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。
從圖中可以看出，車輛進(jìn)行了三次加速階段，電流達(dá)到400A，此時(shí)BMS發(fā)送的SOP值仍為10S查表的功率值137.3Kw。而單體電壓降低0.2V，遠(yuǎn)超電池的放電截止電壓。經(jīng)過實(shí)車驗(yàn)證，此算法不僅可以滿足車輛的使用工況，也能保護(hù)電壓。滿足了設(shè)計(jì)初衷。
4結(jié)論
通過整車的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)比實(shí)際功率曲線和BMS預(yù)估的最大功率，既能滿足加速性能，又不會(huì)損傷電池，可以延長(zhǎng)電池使用壽命。本文提出的算法已應(yīng)用在實(shí)際電動(dòng)汽車的BMS中，已于2019年投放市場(chǎng)，市場(chǎng)投放量約為三萬臺(tái)。根據(jù)大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，動(dòng)力電池SOH（Stateofhealth）衰減率低于2%，遠(yuǎn)超動(dòng)力電池的質(zhì)保期。
 
 
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