混合電動(dòng)車用MH—Ni電源系統(tǒng)若干問題探討

　　引言

　　氫鎳（MH—Ni）電池目前是混合電動(dòng)車用的主流電池。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，我國(guó)在混合電動(dòng)車的研制方面取得了較大程度的進(jìn)展，目前混合電動(dòng)客車正逐步走向市場(chǎng)。針對(duì)混合電動(dòng)車用MH—Ni電源，在選擇和應(yīng)用方面，各家都有一些不同的見解，主要集中在幾個(gè)問題上，如SOC的判斷精度、電池的一致性等。根據(jù)我們產(chǎn)品近年來在混合電動(dòng)車上的實(shí)際配套應(yīng)用，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，提出了自己的一些看法，與大家共同探討。

　　1 混合電動(dòng)車用電源的選擇

　　在此主要討論的是對(duì)混合電動(dòng)車用電池容量和功率的選擇，以MH—Ni電池為例，但對(duì)其他混合電動(dòng)車用電池也有一定的參考價(jià)值。

　　1.1 電池容量的選擇

　　不同的整車設(shè)計(jì)，對(duì)電池的需求是不同的。目前混合電動(dòng)車主要有微混合（42V電源系統(tǒng)）、全混合等，全混合又包括串聯(lián)型、并聯(lián)型、混聯(lián)型，以及外接充電式（PHEV）等。相對(duì)而言，并聯(lián)型對(duì)電池容量的要求較低，串聯(lián)型和PHEV要求的容量較高。無論何種形式的電動(dòng)車，其對(duì)電池容量需求的計(jì)算方法是大致相同的，即根據(jù)電池的實(shí)際運(yùn)行工況來計(jì)算所需要的電池容量。

　　例如，對(duì)于北京工況，其具體制度為：

　　a：160A放電30s，休息100s；b：40A充電30s，休息100s（循環(huán)17次）；c：50A充電30s，190A放電40s（循環(huán)4次）；d：休息80s；e：50A充電30s，休息103s（循環(huán)6次）。

　　從上面的工況循環(huán)可以看出，連續(xù)充電或放電中輸出容量最高的是c步（達(dá)到6.77Ah）。在HEV中MH—Ni電池的正常應(yīng)用SOC范圍為30%~80%（日本豐田Prius車應(yīng)用為40%的容量）。假設(shè)在b步后電池SOC達(dá)到中間狀態(tài)55%SOC，此時(shí)電池從55%SOC放電到最低點(diǎn)30%SOC，至少要放出6.77Ah的容量。則所需電池的最低容量為：

　　6.77Ah/（55%一30%）=27.08Ah在實(shí)際選擇過程中，考慮到電池的壽命和應(yīng)用可靠性，一般要有一定的冗余，根據(jù)美國(guó)Freedom—CAR混合電動(dòng)車用電池檢測(cè)手冊(cè)，冗余可以定為30%。則電池的容量應(yīng)為：

　　27.08Ahxl30%=35.2Ah即應(yīng)該選用35Ah左右的電池。

　　車上有其他附屬電器時(shí)（如空調(diào)），應(yīng)當(dāng)考慮其相應(yīng)的功耗，再進(jìn)行計(jì)算。

　　1.2 電池功率的選擇

　　混合電動(dòng)車對(duì)電池的功率相對(duì)要求較高。對(duì)電池來說，提高電池的功率相應(yīng)就要提高電池的成本，或重量，或體積。對(duì)于整車來說，只要電池的功率能夠滿足應(yīng)用要求即可，不適宜過度追求指標(biāo)。同樣根據(jù)上面的北京工況，選擇電池的容量為35Ah。根據(jù)最惡劣的情況計(jì)算所需要的電池功率。c步所要求功率最高，放電電流為190A，持續(xù)時(shí)間40s。假設(shè)在30%SOC下需要滿足此要求，電池放電最低電壓不低于0.9V。電池的放電倍率為：

　　190A/35Ah=5.4C假設(shè)在此放電倍率、30%SOC下電池的放電平均電壓為1.15V。則所需要的電池功率至少為：

　　1.15V×190A=218.5W對(duì)電池的功率同樣需要30%的冗余。則電池30%下連續(xù)放電40s的功率要求應(yīng)為：

　　218.5Wxl30%=284W在低溫情況下，MH—Ni電池的放電功率會(huì)受到較大影響，對(duì)低溫下電池的功率要求也應(yīng)相對(duì)低一些，主要為啟動(dòng)功率。例如，美國(guó)對(duì)于功率輔助型混合電動(dòng)轎車常溫下的峰值功率要求達(dá)到20kW，而~30qC低溫下的啟動(dòng)功率要求為5kW。其具體檢測(cè)方法見表1。

　　2 電池的一致性

　　電池的一致性是大家都經(jīng)常提到的問題，但什么叫電池的一致性、其判斷依據(jù)和方法是什么、應(yīng)達(dá)到什么樣的一致程度等，目前無明確的概念。一致性應(yīng)當(dāng)指同一規(guī)格型號(hào)的電池組成蓄電池組后，其各種參數(shù)如電壓、內(nèi)阻、SOC、容量以及電池的衰退率、自放電率以及各參數(shù)隨時(shí)問的變化率等之間存在的差別，以及電池受外界條件影響如溫度等而產(chǎn)生性能差別是否一致等。要求電池~致性的目的主要有以下幾個(gè)：一是保護(hù)電池，避免過充、過放；二是提高系統(tǒng)可靠性及壽命；三是避免電池性能相差過大，影響系統(tǒng)的正常使用。

　　一致性沒有具體的考核標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際操作看，從整個(gè)電池系統(tǒng)考慮，某些參數(shù)是不容易進(jìn)行檢測(cè)的，如電池的衰退率、各個(gè)電池的自放電率、各參數(shù)的變化率、電池的直流內(nèi)阻等，因此這些參數(shù)不易列為考核標(biāo)準(zhǔn)。電池容量、電壓、歐姆內(nèi)阻以及系統(tǒng)的溫度均勻性足比較容易進(jìn)行檢測(cè)的，可以作為考核標(biāo)準(zhǔn)。

　　各參數(shù)具體應(yīng)達(dá)到什么樣的程度才算達(dá)到一致性要求，我們認(rèn)為，只要能達(dá)到一致性的目的要求即可，下面對(duì)這幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行具體討論。