混合電動車用MH—Ni電源系統若干問題探討

　　引言

　　氫鎳（MH—Ni）電池目前是混合電動車用的主流電池。隨著經濟與科技的發展，我國在混合電動車的研制方面取得了較大程度的進展，目前混合電動客車正逐步走向市場。針對混合電動車用MH—Ni電源，在選擇和應用方面，各家都有一些不同的見解，主要集中在幾個問題上，如SOC的判斷精度、電池的一致性等。根據我們產品近年來在混合電動車上的實際配套應用，積累了一些經驗，提出了自己的一些看法，與大家共同探討。

　　1 混合電動車用電源的選擇

　　在此主要討論的是對混合電動車用電池容量和功率的選擇，以MH—Ni電池為例，但對其他混合電動車用電池也有一定的參考價值。

　　1.1 電池容量的選擇

　　不同的整車設計，對電池的需求是不同的。目前混合電動車主要有微混合（42V電源系統）、全混合等，全混合又包括串聯型、并聯型、混聯型，以及外接充電式（PHEV）等。相對而言，并聯型對電池容量的要求較低，串聯型和PHEV要求的容量較高。無論何種形式的電動車，其對電池容量需求的計算方法是大致相同的，即根據電池的實際運行工況來計算所需要的電池容量。

　　例如，對于北京工況，其具體制度為：

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

　　從上面的工況循環可以看出，連續充電或放電中輸出容量最高的是c步（達到6.77Ah）。在HEV中MH—Ni電池的正常應用SOC范圍為30%~80%（日本豐田Prius車應用為40%的容量）。假設在b步后電池SOC達到中間狀態55%SOC，此時電池從55%SOC放電到最低點30%SOC，至少要放出6.77Ah的容量。則所需電池的最低容量為：

　　6.77Ah/（55%一30%）=27.08Ah在實際選擇過程中，考慮到電池的壽命和應用可靠性，一般要有一定的冗余，根據美國Freedom—CAR混合電動車用電池檢測手冊，冗余可以定為30%。則電池的容量應為：

　　27.08Ahxl30%=35.2Ah即應該選用35Ah左右的電池。

　　車上有其他附屬電器時（如空調），應當考慮其相應的功耗，再進行計算。

　　1.2 電池功率的選擇

　　混合電動車對電池的功率相對要求較高。對電池來說，提高電池的功率相應就要提高電池的成本，或重量，或體積。對于整車來說，只要電池的功率能夠滿足應用要求即可，不適宜過度追求指標。同樣根據上面的北京工況，選擇電池的容量為35Ah。根據最惡劣的情況計算所需要的電池功率。c步所要求功率最高，放電電流為190A，持續時間40s。假設在30%SOC下需要滿足此要求，電池放電最低電壓不低于0.9V。電池的放電倍率為：

　　190A/35Ah=5.4C假設在此放電倍率、30%SOC下電池的放電平均電壓為1.15V。則所需要的電池功率至少為：

　　1.15V×190A=218.5W對電池的功率同樣需要30%的冗余。則電池30%下連續放電40s的功率要求應為：

　　218.5Wxl30%=284W在低溫情況下，MH—Ni電池的放電功率會受到較大影響，對低溫下電池的功率要求也應相對低一些，主要為啟動功率。例如，美國對于功率輔助型混合電動轎車常溫下的峰值功率要求達到20kW，而~30qC低溫下的啟動功率要求為5kW。其具體檢測方法見表1。

　　2 電池的一致性

　　電池的一致性是大家都經常提到的問題，但什么叫電池的一致性、其判斷依據和方法是什么、應達到什么樣的一致程度等，目前無明確的概念。一致性應當指同一規格型號的電池組成蓄電池組后，其各種參數如電壓、內阻、SOC、容量以及電池的衰退率、自放電率以及各參數隨時問的變化率等之間存在的差別，以及電池受外界條件影響如溫度等而產生性能差別是否一致等。要求電池~致性的目的主要有以下幾個：一是保護電池，避免過充、過放；二是提高系統可靠性及壽命；三是避免電池性能相差過大，影響系統的正常使用。

　　一致性沒有具體的考核標準。從實際操作看，從整個電池系統考慮，某些參數是不容易進行檢測的，如電池的衰退率、各個電池的自放電率、各參數的變化率、電池的直流內阻等，因此這些參數不易列為考核標準。電池容量、電壓、歐姆內阻以及系統的溫度均勻性足比較容易進行檢測的，可以作為考核標準。

　　各參數具體應達到什么樣的程度才算達到一致性要求，我們認為，只要能達到一致性的目的要求即可，下面對這幾個參數進行具體討論。