电池在放电过程中,存在极化现象,并存在由于电池性能、充电方式、放电方式以及单体电池之间存在“不一致”等变数,一般采用电池的等效电路模型来描述电池的超电势、开路电压、电池内阻、温度影响、循环寿命、自放电等,对于不同类型的电池组可以选用不同的等效电路模型,描述电池参数的动态变化过程。可以辨识电池的参数实时变化情况,可以在电池的电荷状态SOC的范围内建模,模型可以使用数学方程表达,并应用于电动汽车的系统仿真。 电池的性能模型具有功率输出型和电流输出型,在电动汽车仿真中大多采用功率输出型的电池性能模型。用电池性能等效动力模型来描述电池的外特性,是电动汽车系统仿真中的重要方法。
(1)Rint等效电路模型 Rint等效电路模型(又称为内阻模型)是电池的基本电路模型,由美国爱达荷国家实验室提出,用理想电压源Uoc与电池的内阻Rb来描述电池的特性。
电压源Uoc与电池的内阻Rb是SOC和电池温度的函数,在相同的SOC条件时,充电的内阻和放电的内阻是不同的。Rint等效电路模型已经在 ADVISOR仿真软件中运用,但是,该模型未考虑随电池的工作条件变化对SOC的变化的影响,模型准确性较差(图2-46)。
(2) Thevenin等效电路模型 Thevenin等效电路模型是电池的基本电路模型,用理想电压源Uoc,串接电容Cp及电阻Rp共同组成的并联电路(用以描述过电压)和电池的内阻Rb(用以描述开路电压)来描述电池的特性(图2-47)。
Thevenin等效电路模型同时考虑到电路容性与阻性的特点,是具有代表性的电池电路模型。但 Thevenin等效电路模型未考虑随电池的工作条件变化和SOC的变化的影响,所以,准确性也较差。
(3)PNGⅤ等效电路模型PNGV等效电路模型是一种非线性模型(图2-48)。PNGV等效电路模型用理想电压源Uoc,电池正极和极化电容Cb及欧姆内阻Ro串联,极化电容Cb描述负载电流的时间累计产生的开路电压变化。电池上的负极串接采用极化电容Cp和极化电阻Rp并联组成电路(用以描述过电压)。Ip是极化电阻上的电流。PNGV等效电路模型得到比较广泛的运用(4)RC等效电路模型RC等效电路模型是法国SAFT电池公司设计的等效电路模型(图2-49)。该模型采用两个电容与三个电阻组成。大电容Cb描述为电池的储能能力,和充放电时电池的内阻Rcb串联;Icp是通过大电容的电流。小电容Ce描述电池极化表面效应和电池的容性内阻Rc串联;Ic为通过小电容和内阻Rc的电流。两股电路并联后和欧姆内阻Ro串联,共同输出的电流为Ⅰb。RC等效电路模型中的负极定义为零电动势。RC等效电路模型已经在 ADVISOR仿真软件中运用。
