如何在微型混合動力汽車中有效實施電池能效管理

3) 電池監控

正如第2)部分中所提到的，IBS的主要用途是監控電池狀態，并根據需要將狀態變量傳送至BCM或其他ECU。電池監控輸入值將使用已測量的電池電流、電池電壓和溫度采樣值。電池監控輸出值是SoC、SoH和SoF值。

3.1) 充電狀態

(SoC) SoC的定義非常直觀，通常以百分數的形式表示。完全充電的電池SoC為100%，完全放電的電池SoC為0%。SoC值隨電池的充電和放電改變。

該值通過公式(1)計算，其中Cr代表電池的剩余（可放電）電量，Ca代表電池的可用總電量：

但是，有一個問題是可用電池電量常常與電池的標稱容量（通常標注在電池外殼的標簽上）不同。對于一個新電池，它可能比標稱容量稍高，對于已經使用一段的電池來說，可用電量會降低。另一個問題是，實際可用電量很難根據IBS的輸入值來確定。

因此，SoC通常額定為標稱容量Cn，它具有多項優勢：

●特定SoC的電池的可用總充電電量是已知的，包括舊電池。

●測試Cn點的電流(I=Cn/20h)和溫度(27℃)是可確定的

庫侖計數算法是跟蹤SoC快速變化的最佳算法。它基于流進和流出電池集成電流并根據實際情況采納經過計算的SoC。公式(2)用于SoC計算，其中Q(t0)表示電池的初始電量，α表示效能因子，i(t)表示電流（正向或負向），Cn表示電池的標稱容量。

除了α因子以外，公式中的參數都非常直觀。這是一個用來描述效能的因子，也稱為Peukert定律[3] [4]。它表述了在不同放電率的情況下鉛酸電池的電量。當放電率提高時，電池的可用電量將降低。另外一個影響可用電量的參數是溫度。溫度越高，可用電量也 就越高。兩種效能都使用α描述，因此α值需要采用一個2維數組（溫度和放電率）。根據測量到的溫度和放電率，相應的值分別用于每一個集成步驟。α值在很大 程度上取決于電池的設計和化學組成，通常情況下即使是同一家制造商的不同型號的電池該值也會有所不同。他們通常已經在實驗室里通過充電和放電測試。

雖然Peukert定律只適用于放電的情況，但也有一個與α值類似的效能因子用于充電周期。除了溫度和充電率以外，實際的SoC 也需要考慮在內，因為在高SoC情況下的充電效能小于中等SoC情況下的充電效能。

因為綜合了電流值和α值，因此在更改電池條件時產生的誤差、以及電流測量和量化誤差隨著時間的增加變得越來越多。因此，參數Q(t0) （電流集成的起始點）通常通過一種能夠提供更高精度的不同方法獲得：OCV 方法。OCV是當沒有電氣元件從電池中獲取電流時電池兩極之間的電壓。

鉛酸電池顯示OCV和SoC之間有良好的線性關系。因此，通過測量OCV，SoC可以直接計算出來。OCV和SoC之間的確切因子必須表征出來。

這種方法的唯一缺陷是，OCV只能在汽車停好以后測量，例如（幾乎）所有電氣元件都關閉后，或者在汽車熄火后經過數十分鐘甚至小時后再測量。

因此，OCV方法常常用于校準庫侖計數，庫侖計數算法連續運行。這種組合方式提供了一個良好的SoC計算方法，并且可以在一個較長的停車時間內，用自放電率糾正SoC來使計算結果更加精確。

3.2) 健康狀態(SoH)

鉛酸電池的各種老化效應會對電池使用造成不同的影響[5]。由于很難通過IBS逐個對這些老化效應進行監測和量化，因此SoH的額定值通 常不直接與這些老化效應掛鉤。相反，會隨著電池的使用時間增長，容量額定值降低，這是老化的主要結果。與電池老化有關的另一個非常重要的參數是啟動性能； 但是它通常表述為啟動能力的功能狀態(SoF) (請參見第3.3節)。

因此，SoH通過公式(3)來估計，其中Caged代表老化的電池容量，Cn代表在每個SoC計算中引用的標稱容量。

因為Cn 是已知的，因此計算SoH的關鍵任務是找到Caged。一種可能的方法是在電池的整個使用壽命內跟蹤可以到達的最大電量（或SoC）。如果在隨后進行的若 干次完全充電后，電池的最大電量水平低于以前計算的老化容量，則表示老化容量變小。相應的，Caged 和SoH必須根據庫侖計數和OCV方法確定的容量進行調整。完全充電狀態可以在充電電流降低至特定門限值以下時監測。

確定SoH的另外一個方法是跟蹤充電和放電周期，以電池制造商提供的周期穩定點取其額定值。通常，制造商會確保在指定溫度和深度下的充電/放電周期總量，例如，在27攝氏度、25%放電深度時500個周期。通過將所有周期額定為上述數量，并應用溫度和充電狀態校正因子，可支持跟蹤上面提到的Caged值。這些校正因子必須通過表征電池的參數來確定。但是，這兩種方法通常還會與其他專用算法結合使用，這些算法考慮了電池使用壽命中的多個電池參數。

在實驗室中進行大量的電池參數表征可確定這些電池參數，通常只適用于一個特定的電池型號。