關(guān)于電動(dòng)車(chē)動(dòng)力蓄電池測(cè)試與建模的實(shí)驗(yàn)研究(編輯修改稿)
2025-04-20 08:00 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖4 蓄電池端電壓靜態(tài)模型框圖圖4 為蓄電池端電壓靜態(tài)模型框圖，蓄電池充滿(mǎn)電后空載端電壓U0 的值是比較高的，當(dāng)蓄電池對(duì)負(fù)載放電時(shí)，由于等效內(nèi)阻的壓降損耗，負(fù)載電壓Un比空載端電壓U0降低了，但是當(dāng)負(fù)載斷開(kāi)后的間歇期，空載電池端電壓U0會(huì)得到部分的恢復(fù)。隨著放電量的增加，負(fù)載電壓將下降，直至Un下降到容許的下限值時(shí)，表明必須停止放電。圖5 為標(biāo)稱(chēng)容量為6伏、12安時(shí)的密封鉛酸蓄電池在三種不同放電強(qiáng)度： 、并在每放電2安時(shí)后間歇20分鐘的條件下測(cè)量得U0和Un的結(jié)果曲線(xiàn)。圖6 和Un與放電安時(shí)的關(guān)系曲線(xiàn)。圖 5. 鉛酸蓄電池 恒流放電時(shí)的 U0 和Un 與放電安時(shí)的關(guān)系曲線(xiàn)圖 6. 鎳氫蓄電池在 恒流放電時(shí)的 U0 和 Un 與放電安時(shí)的關(guān)系曲線(xiàn)圖 7. 鋰離子蓄電池在 恒流放電時(shí)的 U0 和 Un 與放電安時(shí)的關(guān)系曲線(xiàn)由三類(lèi)不同蓄電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均可見(jiàn)，蓄電池端電壓隨著放安時(shí)數(shù)的增加而下降，但是端電壓可能出現(xiàn)的值分布在比較寬的帶狀區(qū)域中，因此靠蓄電池端電壓的測(cè)量值來(lái)估計(jì)剩余電量是很不準(zhǔn)確的，但是由端電壓下降到最低容許的下限值，作為判斷放電終止點(diǎn)的信息是很可靠的。比較結(jié)果還可看出，鉛酸蓄電池與鎳氫蓄電池在大體相同的放電條件下，蓄電池端電壓隨放電安時(shí)的變化有明顯規(guī)律性的差異：鎳氫蓄電池的特點(diǎn)是隨著放電安時(shí)的增加空載電壓下降不多，也就是放電后的間歇期間空載電壓恢復(fù)的較多；內(nèi)阻隨著放電安時(shí)的增加而增加，表現(xiàn)為空載電壓與負(fù)載電壓之差值在加大。而鉛酸蓄電池與上述現(xiàn)象正相反，鋰離子蓄電池的特點(diǎn)介于其他兩者之間，而更接近與鎳氫蓄電池。(2) 充放電量（安時(shí)）平衡模型該靜態(tài)模型可用下式（1）描述：充電量 — 放電量 = 剩余電量 + 安時(shí)損耗 式（1）利用蓄電池檢測(cè)的專(zhuān)用DALLAS芯片DS2438具有很強(qiáng)的充放電安時(shí)數(shù)累計(jì)的功能，可以用于預(yù)測(cè)蓄電池的剩余電量。然而問(wèn)題并不那么簡(jiǎn)單，因?yàn)槠胶怅P(guān)系的損耗是變數(shù)，它受蓄電池組的質(zhì)量狀況（各個(gè)蓄電池的實(shí)際性能與標(biāo)稱(chēng)值的差異和使用壽命）和工作狀態(tài)（放電的強(qiáng)度、放電的間歇程度和電池工作溫度等）的強(qiáng)烈影響。這些影響可以通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明。這些結(jié)果是在對(duì)鉛酸蓄電池實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。(a ) 放電強(qiáng)度對(duì)電量平衡的影響表3和圖8 示出了標(biāo)稱(chēng)容量為6伏、12安時(shí)的密封鉛酸蓄電池在同樣充滿(mǎn)電后,而不同放電電流下連續(xù)放電的最大放電安時(shí)數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果?？梢?jiàn)當(dāng)放電強(qiáng)度愈大時(shí)，可放電的最大安時(shí)數(shù)也愈小，也就是安時(shí)損耗愈大。 表3 不同放電電流下連續(xù)放電的最大放電安時(shí)數(shù)的比較放電電流 A A3 A6 A9 A12 A最大放電安時(shí) Ah 圖 8 不同放電電流下連續(xù)放電的最大放電安時(shí)的變化( b ) 連續(xù)放電和間歇放電對(duì)電量平衡的影響同樣以 6 安培()的放電強(qiáng)度，連續(xù)放電和斷續(xù)放電（每放電 1Ah后間歇20分鐘）的最大放電安時(shí)數(shù)的比較，見(jiàn)下表4： 表4 連續(xù)放電和斷續(xù)放電的最大放電量的比較放電方式6A 連續(xù)放電6A 斷續(xù)放電最大放電安時(shí)數(shù) Ah Ah可見(jiàn)，斷續(xù)比連續(xù)放電的安時(shí)數(shù)提高了12% 。( c ) 蓄電池工作溫度對(duì)對(duì)電量平衡的影響在不同工作溫度下以 6 安培()的放電強(qiáng)度的最大放電安時(shí)數(shù)的比較，見(jiàn)下表5。 表5 不同工作溫度下最大放電量的比較蓄電池工作溫度 ℃30 ℃8 ℃最大放電安時(shí)數(shù) Ah Ah可見(jiàn)，8 ℃ 時(shí)的最大放電安時(shí)數(shù)較30 ℃ 時(shí)減少了 10% 左右。綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在利用充放電安時(shí)數(shù)累計(jì)對(duì)蓄電池的剩余電量做估計(jì)時(shí)，必須考慮不同放電強(qiáng)度、不同放電方式和不同工作溫度對(duì)安時(shí)平衡關(guān)系影響的修正，方能比較準(zhǔn)確的剩余電量估計(jì)。2．蓄電池放電過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)研究1） 關(guān)于蓄電池放電過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型蓄電池充放電過(guò)程的電流與端電壓之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)辨識(shí)方法得出 [ 3 ]。動(dòng)力蓄電池空載端電壓為 U0 ，當(dāng)蓄電池對(duì)負(fù)載 Ra 放電時(shí)，由于電池內(nèi)阻抗Z0 的壓降，端電壓由U0下降至 Un ，兩者之差為△U△U = U0 — Ua 式（2） 蓄電池的內(nèi)阻抗 Z0 并不是純電阻性質(zhì)的，而是有一定容性的，而且與電池工作狀態(tài)，特別是與剩余電量有密切關(guān)系，這正是我們要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行研究的內(nèi)容。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，我們選擇采樣間隔 T0 = 1/4 秒，對(duì)Un 和Ra采樣，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 大量的實(shí)驗(yàn)采樣結(jié)果表明，蓄電池對(duì)負(fù)載電阻放電的蓄電池端電壓波形如圖9. 所示。把蓄電池內(nèi)阻抗壓降△U 的波形放大如圖10 ，可以發(fā)現(xiàn)△U的波形由三個(gè)分量組成， △U = △U1 + △U2 + △U3 ，其中：分量之一 △U1 的波形特點(diǎn)是方波，數(shù)量上它在三個(gè)分量中居最大；分量之二 △U2 的波形特點(diǎn)是以指數(shù)曲線(xiàn)上升，數(shù)量上
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