混合动力汽车用MH-Ni电池的建模

混合动力汽车用ＭＨ／Ｎｉ电池的建模

■＜中国科学院电工研究所 胡运飞 廖承林 王丽芳

摘 要：分析了混合动力汽车（ＨＥＶ）用ＭＨ／Ｎｉ电池的特点，对电池建模进行了探讨。基于额定电压为１４４Ｖ的６Ａｈ　ＭＨ／Ｎｉ电池组的混合脉冲实验，采用回归分析方法，辨识了Ｔｈｅｖｅｎｉｎ、ＰＮＧＶ两种电池等效电路模型参数；在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立了等效电路模型，用ＨＥＶ电池的３种典型工况测试了模型精度。Ｔｈｅｖｅｎｉｎ模型在恒流充电工况下的精度较高，而ＰＮＧＶ模型在充放电交替变化较大的复杂工况下的精度更高，更适合ＨＥＶ中的高功率型电池。

关键词：混合动力汽车（ＨＥＶ）；ＭＨ／Ｎｉ电池；等效电路模型；建模

近年来，混合动力汽车（HEV）因环保、节能的优点受到人们的重视，得到了广泛的研究。高功率型MH/Ni电池是HEV用的重要动力电池。电池模型描述电池工作时的外部特性，是HEV仿真必不可少的环节，在电池管理系统的研究设计中具有重要的意义。对电池管理系统的工程化开发，现在采用类似于V型的开发模式，它包括需求分析、控制策略研究、建模与仿真、代码自动生成和硬件在环测试等，在所有过程中，都需要开发符合电池特性的模型。

电池的内部化学反应是一个复杂的非线性过程。电池在充放电时，存在极化现象；时间长了，存在老化现象；不同的电池存在个体差异[1]。这些因素使人们很难应用一个完美的电池模型来精确描述所有的电池性能。人们采取很多方法来模拟电池的特性，常用的电池模型有等效电路模型、神经网络模型、电化学模型和有限元模型等，其中等效电路模型具有直观、简单和便于建模的优点，得到了广泛的应用。

图1为常温下QNFT6-3型6Ah单体MH/Ni电池（长沙产）SOC与开路电压的关系，电压为电池以1C充电到相应SOC点，静置2h后的开路电压（OCV）。实验设备为Bitrode FTN400-450型电池组充放电测试仪（德国产

）。

图１　常温下６Ａｈ单体ＭＨ／Ｎｉ电池ＳＯＣ与开路电压的关系

从图1可知，SOC较低时，电池的开路电压下降得很快，SOC较高时，电池的开路电压上升得很快，而40%≤SOC≤80%时，电池的开路电压变化较为平稳。

１　ＭＨ／Ｎｉ电池的特性及等效电路模型分析

１．１　ＭＨ／Ｎｉ电池的特性

MH/Ni电池在不同荷电态（SOC）下表现出不同的外特性，为建模提供了方法，即根据SOC得出不同的参数。模拟电池工作时，以SOC为依据，得到电池的工作特性。

电池处在充放电状态时，会在外特性上表现为一些电阻电容的特性。根据这些特点，可以用电阻、电容、恒压源等电路元件组成的等效电路模型来模拟电池的动态。一个好的电池模型应该能够仿真出在一定负载需求、或者在一定电流需求下的电池组端电压的变化；模型结构比较简单，只包括

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电池技术　＜　２００８年１０月