电池管理系统的SOP估算(基于查表方式)

1、SOP,即State of Power,表示的是电池的功率状态,目前电芯供应商在给出电芯参数时,会给出5s,10s,30s,60s的持续功率;以60s的持续功率为例作为解释:电芯在60s内以不大于表格中给出的功率持续放电可以保证不会影响电芯的寿命与使用;如表1中所示,为 保证不泄密,将SOP的具体数据删除了。

表1:根据温度与SOC查表的SOP值
电池管理系统的SOP估算(基于查表方式)_第1张图片
2、一般情况下,表格中给出的SOP的值都是根据大量实验实测以及插值得出,而且是相对保守的数值;另外一种相对精确的方法是在线估算电芯的极化内阻与直流内阻以及极化电容等参数,也就是一般说的二阶RC模型,反推出SOP(根据当前估计的参数以及截至电压为条件,可以算出从当前状态立即放电至截至电压所需电流,估算出的电流与截至电压的乘积即为下一时刻电芯的实时SOP),这种方法我们后面再讨论,不过欢迎留言交流哦。

3、我们先讨论基于查表方式如何计算电芯的实时SOP值,一般情况下我们会将电芯厂给出的5s或者10s的持续功率作为电芯的峰值功率,即PeakPower;将30s或者60s的持续功率作为常值功率,即ConstPower。

为了能够更好理解两种功率,我们以蓄水池为例:水龙头放水进入蓄水池,蓄水池底部有小孔可以流出水,峰值功率可以理解为水龙头流量突然暴涨,蓄水池保持不会溢出的能力;常值功率可以理解为水龙头流量稳定时,蓄水池保持不会溢出的能力;很明显,流量暴涨不可以是一个长时间的状态,否则蓄水池肯定会溢出。水龙头的流量不可能一直稳定,那么我们每个时刻都需要计算出一个所谓的水龙头的最大流量,只要小于等于最大流量,就保证蓄水池一直不溢出。

图1:形象的蓄水池
电池管理系统的SOP估算(基于查表方式)_第2张图片
我们用公式进行下一步长的实时SOP的推导计算,设峰值放电功率为Xp(10s),常值放电功率为Xc(60s),整车的当前实际放电功率为Xf(一开始给到整车的可用功率就是峰值功率,然后根据公式实时调整);

图2:截至到t0时刻计算实际功率超出常值功率的积分值
在这里插入图片描述
图2用于计算截至到t0时刻计算实际功率超出常值功率的积分值y1;

电池管理系统的SOP估算(基于查表方式)
图3:峰值功率超过常值功率的积分值
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图3用于计算峰值功率超过常值功率的积分值y2;

此时我们可以定义一个系数Factor,用于表示y1与y2的接近程度:

图4:功率系数的计算
在这里插入图片描述
其实从图2和图3可以看出,功率计算是从能量的角度(功率对时间的积分)进行分析的,f的值越接近1,说明可用能量越多,也就是下一秒能用的功率越大;f越接近0,说明可用能量越少,当f=0时,一般此时就直接认为电芯的可用功率就是常值功率了;结合f,我们可以以下面的公式作为下一秒实时功率的预算:

图5:下一时刻实时功率的估算公式
在这里插入图片描述
按照图5的计算公式,Xnext肯定是介于Xc与Xp之间的值,且符合功率使用的感性认知,f越大,下一时刻的可用功率离Xp越接近;当然了也可以采取其他的公式进行估算;

4、以上就是基于查表的方式,对下一时刻功率预估的方法,不过这种方式的弊端在于需要在电芯的整个生命周期进行大量试验,保证软件查表的准确性;另外就是无法最大化电芯的功率使用,好处在于可以保证电芯的使用寿命;文中提到的在线实时估算的方式可以最大化电芯的功率使用,但是对于寿命使用的影响还是较大的,各有利弊吧;目前大部分使用的都是查表,因为软件做起来比较简单,相对更可靠些;

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