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混合电动车用MH—Ni电源系统若干问题探讨

电池工业?? 2011年06月21日 ?? 收藏0

  引言

  氢镍(MH—Ni)电池目前是混合电动车用的主流电池。随着经济与科技的发展,我国在混合电动车的研制方面取得了较大程度的进展,目前混合电动客车正逐步走向市场。针对混合电动车用MH—Ni电源,在选择和应用方面,各家都有一些不同的见解,主要集中在几个问题上,如SOC的判断精度、电池的一致性等。根据我们产品近年来在混合电动车上的实际配套应用,积累了一些经验,提出了自己的一些看法,与大家共同探讨。

  1 混合电动车用电源的选择

  在此主要讨论的是对混合电动车用电池容量和功率的选择,以MH—Ni电池为例,但对其他混合电动车用电池也有一定的参考价值。

  1.1 电池容量的选择

  不同的整车设计,对电池的需求是不同的。目前混合电动车主要有微混合(42V电源系统)、全混合等,全混合又包括串联型、并联型、混联型,以及外接充电式(PHEV)等。相对而言,并联型对电池容量的要求较低,串联型和PHEV要求的容量较高。无论何种形式的电动车,其对电池容量需求的计算方法是大致相同的,即根据电池的实际运行工况来计算所需要的电池容量。

  例如,对于北京工况,其具体制度为:

  a:160A放电30s,休息100s;b:40A充电30s,休息100s(循环17次);c:50A充电30s,190A放电40s(循环4次);d:休息80s;e:50A充电30s,休息103s(循环6次)。

  从上面的工况循环可以看出,连续充电或放电中输出容量最高的是c步(达到6.77Ah)。在HEV中MH—Ni电池的正常应用SOC范围为30%~80%(日本丰田Prius车应用为40%的容量)。假设在b步后电池SOC达到中间状态55%SOC,此时电池从55%SOC放电到最低点30%SOC,至少要放出6.77Ah的容量。则所需电池的最低容量为:

  6.77Ah/(55%一30%)=27.08Ah在实际选择过程中,考虑到电池的寿命和应用可靠性,一般要有一定的冗余,根据美国Freedom—CAR混合电动车用电池检测手册,冗余可以定为30%。则电池的容量应为:

  27.08Ahxl30%=35.2Ah即应该选用35Ah左右的电池。

  车上有其他附属电器时(如空调),应当考虑其相应的功耗,再进行计算。

  1.2 电池功率的选择

  混合电动车对电池的功率相对要求较高。对电池来说,提高电池的功率相应就要提高电池的成本,或重量,或体积。对于整车来说,只要电池的功率能够满足应用要求即可,不适宜过度追求指标。同样根据上面的北京工况,选择电池的容量为35Ah。根据最恶劣的情况计算所需要的电池功率。c步所要求功率最高,放电电流为190A,持续时间40s。假设在30%SOC下需要满足此要求,电池放电最低电压不低于0.9V。电池的放电倍率为:

  190A/35Ah=5.4C假设在此放电倍率、30%SOC下电池的放电平均电压为1.15V。则所需要的电池功率至少为:

  1.15V×190A=218.5W对电池的功率同样需要30%的冗余。则电池30%下连续放电40s的功率要求应为:

  218.5Wxl30%=284W在低温情况下,MH—Ni电池的放电功率会受到较大影响,对低温下电池的功率要求也应相对低一些,主要为启动功率。例如,美国对于功率辅助型混合电动轿车常温下的峰值功率要求达到20kW,而~30qC低温下的启动功率要求为5kW。其具体检测方法见表1。

具体检测方法

  2 电池的一致性

  电池的一致性是大家都经常提到的问题,但什么叫电池的一致性、其判断依据和方法是什么、应达到什么样的一致程度等,目前无明确的概念。一致性应当指同一规格型号的电池组成蓄电池组后,其各种参数如电压、内阻、SOC、容量以及电池的衰退率、自放电率以及各参数随时问的变化率等之间存在的差别,以及电池受外界条件影响如温度等而产生性能差别是否一致等。要求电池~致性的目的主要有以下几个:一是保护电池,避免过充、过放;二是提高系统可靠性及寿命;三是避免电池性能相差过大,影响系统的正常使用。

  一致性没有具体的考核标准。从实际操作看,从整个电池系统考虑,某些参数是不容易进行检测的,如电池的衰退率、各个电池的自放电率、各参数的变化率、电池的直流内阻等,因此这些参数不易列为考核标准。电池容量、电压、欧姆内阻以及系统的温度均匀性足比较容易进行检测的,可以作为考核标准。

  各参数具体应达到什么样的程度才算达到一致性要求,我们认为,只要能达到一致性的目的要求即可,下面对这几个参数进行具体讨论。


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混合电动车? MH-Ni电源? 氢镍?

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