电动汽车剩余电量计算方法_张卫钢

第4卷 第1期2004年3月

交通运输工程学报

JournalofTrafficandTransportationEngineering

Vol 4 No 1Mar.2004

文章编号:1671 1637(2004)01 0050 04

电动汽车剩余电量计算方法

张卫钢1,蹇小平2,毕李格2,边耀璋2

(1.长安大学信息工程学院,陕西西安 710064;2 长安大学汽车学院,陕西西安 710064)

摘 要:根据电池在工作过程中任意时刻的剩余电量理论上应该等于电池的实际容量减去放电电量的原理,推导出了剩余电量的实用计算公式,设计了剩余电量计量系统。通过对一组铅酸电池的实车

道路测试,发现其计量误差大约为20%,误差主要由电池的实际放电模式与试验模式的不同所造成。关键词:电动汽车;电池;剩余容量;充电;放电中图分类号:U469 722 文献标识码:A

ResidualquantitycalculationmethodofEVbattery

ZHANGWei gang,JIANXiao ping,BILi ge,BIANYao zhang

2.SchoolofAutomobile,Chang anUniversity,Xi an710064,China)

1

2

2

2

(1.SchoolofInformationEngineering,Chang anUniversity,Xi an710064,China;

Abstract:Accordingtotheresidualcapacityinanytimebeingthedifferenceoftheactualcapacityandthequantityofoutputchargesduringthedischargingofabatteryintermsoftheory,thepaperputforwardaformulaandasystemtocomputetheresidualquantity.Testresultsshowthatthesystemerrorisabout20%,andthekeyreasonoferrorcomesfromthedifferencebetweenlabdischargingmodeandpracticedischargingmodeofbattery.2tabs,3figs,8refs.Keywords:EV;battery;residualquantityofcharges;charging;discharging

Authorresume:ZHANGWei gang(1960 ),male,associateprofessor,86 29 82336018,wgzhang@http://doc.guandang.net.

0 引 言

电动汽车是以电池为动力源的运输工具,驾驶员需要随时掌握电池的剩余电量,并估计靠这些电量还能继续行驶的里程,所以,研究与探讨电池在放电过程中任意时刻所具有剩余电量的计算方法对电动汽车的发展有着非常重要的意义[1]。

为了能够计算出剩余电量(或剩余容量),一般先要计算出电池的充电状态SSOC[2]。设电池经过t时间段放出的电量为Q,电池的实际总容量为C,则SSOC被定义为

[3]

式中的电池总容量C(也就是有效容量)通常不是一个常数,它随电池放电率的变化而变化。

SSOC可以描述电池的充电过程,比如当电池充满电时,Q为0,SSOC等于1。同样,用SSOC的百分比也可以表述电池的放电情况。目前普遍使用的SSOC算法有:开路电压法、恒定电流电压法、内阻法、比重法、安培小时法等[2],其中只有安培小时法比较适合于电动汽车,但电路复杂。

本文根据能量守恒基本原理以及安培小时法的思路,提出一种可以应用于实际工程的剩余电量计算方法,并利用微控制器MCU具体加以实现;最后通过实车的道路试验对该算法进行验证,同时分析

SSOC

=1-C

(1)

收稿日期:2003 03 09

基金项目:2001年陕西省重点科技专项(ZD01)作者简介:张卫钢(1960 ),男,河南荥阳人,长安大学副教授,从事计算机技术应用与ITS研究.

第1期 张卫钢,等:电动汽车剩余电量计算方法了误差原因。

51

1 计算方法

根据电学原理,通过一导体的瞬时电流等于流过导体的电量增量与时间增量之比[4],即

i(t)=

=dt

图1 典型工作电流曲线Fig.1 Typicalcurveofoperatingcurrent

那么,电量就是电流的积分[4]

q(t)=

t

-

i( )d (2)

图2 工作电流抽样曲线Fig.2 Samplecurveofoperatingcurrent

对于蓄电池而言,根据能量守恒定律,理想情况下电池放电时输出的电量应该等于充电时充入电池的电量,所以,理论上只要测得电池的充电电流和充电时间就可知道电池的实际容量或电量,再测得电池的放电电流和放电时间就可得到电池输出的电量,用实际容量减去放电电量就可算出电池剩余电量。为此,首先需要掌握电池工作电流的变化规律。

车辆在起步、加速、爬坡时所需电流比较大,且变化比较慢;而在匀速时电流基本保持一个定值;当减速时电流基本为0,但变化较快(相对于起步和加速时);另外,在市区需要频繁地停车、起步,电池基本上是间歇式供电,而在高速公路上电池则经常处于持续大电流长时间放电状态。可见电池工作电流的特点是变化范围比较大,变化次数比较频繁,变化速度较慢(由于 油门 踏板是靠人为控制)。

根据上述电流变化特性,电池工作电流i(t)是一个随机信号,直接利用式(2)计算电量难以实现,但i(t)变化速度相对较慢的特点提供了一个近似计算电量的可能途径。

假设放电从0时刻开始,把式(2)用积分定义式来表示,即

q(t)= limi(n t) tt 0

n=0t

模拟信号离散化的关键是选取合适的抽样间隔(抽样频率)。从图1中可见,i(t)的变化率在减速时最大,因为松开油门踏板的时间最短(相对于踩下油门踏板的时间),根据实测,t2~t3的最小值一般在200ms左右。根据抽样定理选取 t 100ms即可以

保证图2中的离散信号携带图1原始信号的全部信息。由于i(t)的变化近似为直线,所以取样间隔不必太小,同时考虑到A/D转换器的转换速率,认为 t取100ms比较合适。这样,式(3)就变为

q(t)=0 1 i(0 1n)

n=0t

(4)

式(4)是一个可实际操作的公式,可以每隔100ms对i(t)进行一次检测,并将样值保存起来,然后每隔一段时间(比如1s或10s)进行一次累加,从而可以求出在一段时间内充入电池的电量或流出电池的电量。

如果设电池的实际容量为100%,那么随着电池工作时间的延长,电池所具有的电量就会从100%开始逐渐减少直至为0,从式(1)中可以看到,SSOC从1变为0。

电池额定容量的单位是安时(Ah),通常用C表示[5]。可以认为理想情况下电池的额定总电量(以C为单位)Qf=3600C(即在3600s内所能释放出的库仑数)。

如果已知电池的额定总电量Qf,则通过式(4)可以得到任意时刻电池已经释放的电量q(t),那么,剩余电量可定义为

kQf-q(t)%=1001-kQ%(5)

fkQf

该式表示剩余电量占总电量的百分比。式中的k是一个比例系数,其大小与电池放电率、电池温 q1(t)=100

(3)

通过在电动试验车上的实际测试,发现在加速和减速时,电流i(t)基本上是线性变化,加速时i(t)斜率较小,减速时斜率较大。根据实验数据给出一个i(t)在加速、匀速和减速变化过程中的典型变化曲线(图1)。需要说明的是,t1~t2段的电流是恒定的,但车速却不一定恒定,t2~t3段电流衰减,但车速却不一定随之降低,这是因为惯性的作用使车速的变化滞后电流的变化。

为了便于测量计算,需要对图1的模拟信号进行A/D转换,也就是要对模拟信号i(t)进行抽样变成

图

52交 通 运 输 工 程 学 报 2004年

表1 铅酸电池剩余电量试验数据Tab.l Testingdataoflead acidbattery

行驶时间

/s06601140

放电时间剩余电量行驶里程当前车速当前电流

/s 0314650927121716282132256030303633442049635564618066507225778881148679934897511018410561114061180711927

/%10095908580757065605550454035302520151050(20)1510410

/km0 03 57 411 916 921 927 933 139 145 …… 此处隐藏：5663字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……