微型混合动力汽车中的电池能效管理方案

采样值。电池监控输出值是SoC、SoH和SoF值。

　　3.1） 充电状态

　　（SoC） SoC的定义非常直观，通常以百分数的形式表示。完全充电的电池SoC为100%，完全放电的电池SoC为0%。SoC值随电池的充电和放电改变。

　　该值通过公式（1）计算，其中Cr代表电池的剩余（可放电）电量，Ca代表电池的可用总电量：

　　但是，有一个问题是可用电池电量常常与电池的标称容量（通常标注在电池外壳的标签上）不同。对于一个新电池，它可能比标称容量稍高，对于已经使用一段的电池来说，可用电量会降低。另一个问题是，实际可用电量很难根据IBS的输入值来确定。

　　因此，SoC通常额定为标称容量Cn，它具有多项优势：

　　●特定SoC的电池的可用总充电电量是已知的，包括旧电池。

　　●测试Cn点的电流（I=Cn/20h）和温度（27℃）是可确定的

　　库仑计数算法是跟踪SoC快速变化的最佳算法。它基于流进和流出电池集成电流并根据实际情况采纳经过计算的SoC。公式（2）用于SoC计算，其中Q（t0）表示电池的初始电量，α表示效能因子，i（t）表示电流（正向或负向），Cn表示电池的标称容量。

　　除了α因子以外，公式中的参数都非常直观。这是一个用来描述效能的因子，也称为Peukert定律［3］ ［4］。它表述了在不同放电率的情况下铅酸电池的电量。当放电率提高时，电池的可用电量将降低。另外一个影响可用电量的参数是温度。温度越高，可用电量也 就越高。两种效能都使用α描述，因此α值需要采用一个2维数组（温度和放电率）。根据测量到的温度和放电率，相应的值分别用于每一个集成步骤。α值在很大 程度上取决于电池的设计和化学组成，通常情况下即使是同一家制造商的不同型号的电池该值也会有所不同。他们通常已经在实验室里通过充电和放电测试。

　　虽然Peukert定律只适用于放电的情况，但也有一个与α值类似的效能因子用于充电周期。除了温度和充电率以外，实际的SoC 也需要考虑在内，因为在高SoC情况下的充电效能小于中等SoC情况下的充电效能。

　　因为综合了电流值和α值，因此在更改电池条件时产生的误差、以及电流测量和量化误差随着时间的增加变得越来越多。因此，参数Q（t0） （电流集成的起始点）通常通过一种能够提供更高精度的不同方法获得：OCV 方法。OCV是当没有电气元件从电池中获取电流时电池两极之间的电压。

　　铅酸电池显示OCV和SoC之间有良好的线性关系。因此，通过测量OCV，SoC可以直接计算出来。OCV和SoC之间的确切因子必须表征出来。

　　这种方法的唯一缺陷是，OCV只能在汽车停好以后测量，例如（几乎）所有电气元件都关闭后，或者在汽车熄火后经过数十分钟甚至小时后再测量。

　　因此，OCV方法常常用于校准库仑计数，库仑计数算法连续运行。这种组合方式提供了一个良好的SoC计算方法，并且可以在一个较长的停车时间内，用自放电率纠正SoC来使计算结果更加精确。

　　3.2） 健康状态（SoH）

　　铅酸电池的各种老化效应会对电池使用造成不同的影响［5］。由于很难通过IBS逐个对这些老化效应进行监测和量化，因此SoH的额定值通 常不直接与这些老化效应挂钩。相反，会随着电池的使用时间增长，容量额定值降低，这是老化的主要结果。与电池老化有关的另一个非常重要的参数是启动性能； 但是它通常表述为启动能力的功能状态（SoF） （请参见第3.3节）。

　　因此，SoH通过公式（3）来估计，其中Caged代表老化的电池容量，Cn代表在每个SoC计算中引用的标称容量。

　　因为Cn 是已知的，因此计算SoH的关键任务是找到Caged。一种可能的方法是在电池的整个使用寿命内跟踪可以到达的最大电量（或SoC）。如果在随后进行的若 干次完全充电后，电池的最大电量水平低于以前计算的老化容量，则表示老化容量变小。相应的，Caged 和SoH必须根据库仑计数和OCV方法确定的容量进行调整。完全充电状态可以在充电电流降低至特定门限值以下时监测。

　　确定SoH的另外一个方法是跟踪充电和放电周期，以电池制造商提供的周期稳定点取其额定值。通常，制造商会确保在指定温度和深度下的充电/放电周期总量，例如，在27摄氏度、25%放电深度时500个周期。通过将所有周期额定为上述数量，并应用温度和充电状态校正因子，可支持跟踪上面提到的Caged值。这些校正因子必须通过表征电池的参数来确定。但是，这两种方法通常还会与其他专用算法结合使用，这些算法考虑了电池使用寿命中的多个电池参数。

在实验室中进行大量的电池参数表征可确定这些电池参数，通常只适用于一个特定的电池