第 24 卷第 4 期
系统仿真学报©
Vol. 24 No. 4
2012 年 4 月
Journal of System Simulation Apr., 2012
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电动汽车锂电池 PNGV 等效电路模型与 SOC 估算方法
杨 阳,汤桃峰,秦大同, 胡明辉
(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400030)
摘 要:
基于
PNGV(the Partnership for a New Generation of Vehicles)
电池等效模型,考虑了温度对
模型参数的影响,提出了一种以电池等效模型的开路电压插值估算电池荷电状态
(SOC)
的方法
。通
过锂离子电池的充放电试验与 HPPC 试验,识别模型参数,然后使用 Matlab/Simulink 进行仿真计
算。
仿真和实验表明,所选取的
PNGV
模型精度高,能真实的模拟电池充放电特性,再结合开路电
压插值计算电池
SOC
,可有效解决安时法
(AH)
估算
SOC
存在的累计误差和初始值估算不准确的问
题,最终使
SOC
估算值控制在高精度范围内
。
关键词:电动汽车;锂离子电池;SOC 估算;PNGV 等效电路模型
中图分类号:TM912.8 文献标识码:A 文章编号:1004-731X (2012) 04-0938-05
PNGV Equivalent Circuit Model and SOC Estimation Algorithm
of Lithium Batteries for Electric Vehicle
YANG Yang, TANG Tao-feng, QIN Da-tong, HU Ming-hui
(State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400030, China)
Abstract: With the model of PNGV battery, the method of SOC based on open-circuit voltage was brought
forward considering the temperature effect on the parameters of the equivalent battery model. Obtained the
parameters of the model by the lithium batteries charge-discharge test and HPPC test, a simulation model
was set up based on Matlab/Simulink. Simulation and test result show that the PNGV model is very precise
and can simulate the battery characterizations of charge and discharge as well. The cumulative error and
inaccurate estimation of the initial value by the ampere-hour (AH) approach can be effectively avoided by
the estimate method of SOC based on open-circuit voltage. And the estimation value of SOC can be kept
highly precise.
Key words: electric vehicles; lithium batteries; SOC estimation; PNGV equivalent circuit model
引 言
1
电池荷电状态(State of Charge,简称 SOC)是电动汽
车重要的性能参数之一,是整车控制策略制定的基础。精确
预估 SOC 可有效提高能量的利用率,防止电池过充电、过
放电,从而提高电池的使用寿命,降低使用成本。
电池内部的电化学反应是一个对温度敏感复杂的非线
性过程,温度对电池性能影响很大。从现在的研究成果来看,
很难用一个完美的电池模型来精确地表述所有的电池性能,
收稿日期:2011-03-25 修回日期:2011-09-05
基金项目:重庆市科技攻关计划项目 (CSTC,2010AB6126), 重庆市自然
科学基金项目 (CSTCjjA60001)
作者简介:杨阳(1958-), 男, 四川成都, 博士, 副教授, 研究方向为混合动
力汽车; 汤桃峰(1984-), 男, 江西, 硕士生, 研究方向为电动汽车;秦大同
(1956-), 男, 重庆, 博士, 教授, 博导, 研究方向为汽车动力传动、混合动
力汽车;胡明辉(1975-), 男, 西安, 博士, 副教授, 研究方向为电动汽车。
而且没有考虑温度对电池模型的影响。目前有不同的方法来
建立不同类型的电池模型来描述电池的性能,比如等效电路
模型,电化学模型,有限元模型,CFD 模型等
[1-2]
,等效电
路模型因简单直观,概念清晰及便于建模等优点,使用广泛
[3]
。笔者基于 PNGV 电池等效电路模型,通过电池充放电试
验确定模型参数,同时考虑了温度对模型参数的影响,再以
模型中电容的电压值为状态变量,建立相应的电池状态方程
进行 Simulink 仿真分析,最后由电池开路电压与 SOC 的关
系曲线来插值估算电池 SOC,实验表明该方法简单,SOC
估算精度高。
1 锂离子电池等效电路模型
1.1 PNGV 电池等效电路模型
对于车载动力系统而言,汽车负载一直处于动态变化,