HEV的磷酸铁锂电池剩余电量计量方法

目前混合动力电动汽车HEV(hybridelectricalvehicle)用动力电池主要是铅酸电池和磷酸铁锂电池LFP(lithiumironphosphate)。

与铅酸电池相比，磷酸铁锂电池具有：循环寿命优异、可大电流充放电、耐高温、无记忆效应、体积小、重量轻、使用安全和绿色环保等优点。因此磷酸铁锂电池是一种具有发展潜力的HEV动力电池。然而由于在低温下磷酸铁锂材料的导电性能差并且受工作电流、工作电压等因素影响，准确计量HEV动力电池剩余电量成为磷酸铁锂电池管理中的技术难点。

根据HEV工作原理可知，在HEV行驶过程中，磷酸铁锂电池的剩余电量是其工作电流、工作温度、工作电压和工作时间的多元非线性函数，以检测剩余电容量来计量电池的剩余电能量的方法是不能够准确反映电池的实际电能量状态，为此，在分析磷酸铁锂电池的工作电流、工作温度和工作电压特性的基础上，以其电能量为测量对象，提出基于混合动力电动汽车的磷酸铁锂电池剩余电量的计量方法。

1基于磷酸铁锂特性的电池剩余电量

计量原理

根据LFP动力电池电容量检测的基本原理，常用电荷状态计量法(简称SOC法)是在HEV动力电池端电压(￡)在充电或放电过程中保持不变的条件下，以其剩余电容量与额定电容量的比值来计量电池的剩余电量的方法。同时，电池电容量还与其工作温度有关。某型号单体LFP电池，在10A电流恒流放电条件下所放出电容量与工作温度的关系曲线如图2所示，由该曲线可知，在一定温度范围条件下，动力电池的电容量随着工作温度的降低而逐渐减少。例如，-10℃单体LFP电池的容量为其在25℃时的电容量的68.83%，45℃单体LFP电池放出电容量为其在25℃下的电容量的101.78%，这说明磷酸铁锂材料的导电率在一定范围内随温度升高而变大。通过上述曲线还可以看出，在电池放电的整个过程中，其端电压V(t)并不是始终不变，而是呈先缓后快的趋势变化。根据HEV工作原理，动力电池工作电压的变化将直接影响动力电池输出功率的大小，而其大小又影响HEV驱动电机的工作正常与否，如果V(t)下降至额定工作电压之下，则将会导致出现HEV驱动电机不能正常工作的难题，为此，提出了基于磷酸铁锂电池工作电流、工作温度和工作电压的混合动力电动汽车动力电池剩余电量计量方法。

工作电压影响因子

由图1和图2可知在放电过程中，动力电池端电压的变化是由于放电电流增加致使欧姆压降增加和温度降低致使其内阻增加的原因。为了反映动力电池工作电压特性，定义动力电池工作电压影响因子由图3中K和SOC变化曲线可知：

a．磷酸铁锂电池SOC值与其放电时间呈近似线性关系。

b．由于放电端电压在整个放电过程中的变化，导致在相同放电时刻上K值比SOC值低。如当放电为0.3h时，动力电池的SOC值为23.39%，K值为9.48%，这说明此时动力电池已经不能放出电能量，而其SOC值则为23.39%，显示其可以继续放出电能量，K值为9.4％，显示动力电池不能继续放出电能量，SOC值与实验状况不相符合。因此K值可以更准确的反映动力电池剩余电量的状态

c．同放电时刻，K值小于SOC值。这是由于SOC法忽略动力电池端电压的变化，因此SOC计量值大，而LFPRE法不仅考虑动力电池的放电电流特性、温度特性还考虑其电压特性，故K计量值小。因此，K曲线可以准确反映LFP电池电能量的变化趋势。

结束语

根据磷酸铁锂放电电流特性、电池温度特性和放电电压特性所提出的混合动力电动汽车磷酸铁锂电池剩余电能量的计量方法，可以较为准确的计量磷酸铁锂动力电池的剩余电能量，而且克服了现有动力电池以电容量为计量对象，忽略其端电压变化而带来的电能量计量精度较差的不足；并且K值可以较好地反映工作电流、工作温度和工作电压对动力电池剩余电能量的影响。因此LFPRE法是一种简单的、可行的动力电池剩余电能量的计量方法。