锂电池电动汽车储能系统及控制策略研究_梁巍.pdf

1、第 12 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.12 No.7Jul.2023储 能 科 学 与 技 术Energy Storage Science and Technology锂电池电动汽车储能系统及控制策略研究梁 巍（南宁学院交通运输学院 广西 南宁 541699）锂 电 池 电 动 汽 车 储 能 系 统 能 够 为 电 动 汽 车 提 供所 需 的 动 力，一 方 面 锂 电 池 储 能 系 统 是 电 动 汽 车 的主 要 动 力 来 源。储 能 系 统 能 够 将 化 学 能 转 化 为 电能，并 借 助 电 动 机 实 现 电 能 向 机 械 能 的 转 换，为 电动 汽 车

2、 提 供 持 续 的 驱 动 力。另 一 方 面，锂 电 池 电 动汽 车 储 能 系 统 实 现 了 电 能 的 存 储 和 释 放。此 外，锂电 池 储 能 系 统 能 量 密 度 较 高、储 能 容 量 大，有 效 延长 了 电 动 汽 车 续 航 里 程。下 面 将 重 点 探 讨 锂 电 池 电动汽车储能系统及控制策略。1 锂电池电动汽车储能系统1.1锂电池的工作原理及特点分析一 般 来 说，常 见 的 锂 电 池 可 分 为 锂 离 子 电 池、锂 聚 合 物 电 池、锂 铁 磷 酸 电 池 几 种 类 型，其 中 锂 离子 电 池 是 应 用 最 为 广 泛 的 锂 电 池 类

3、型。锂 电 池 作 为电 动 汽 车 储 能 系 统 的 重 要 驱 动 要 素，为 电 动 汽 车 储能 系 统 设 计 起 到 了 极 大 的 促 进 作 用。首 先，锂 电 池相 对 于 其 他 类 型 的 电 池 而 言 具 有 较 高 的 能 量 密 度，可 以 储 存 更 多 的 电 能，满 足 了 电 动 汽 车 储 能 需 要。其 次，锂 电 池 通 常 循 环 寿 命 更 长，能 够 进 行 多 次 充放 电 循 环 而 不 损 失 太 多 容 量，具 有 较 高 的 使 用 性能。最 后，锂 电 池 的 自 放 电 率 较 低，即 使 不 使 用 也能 保 持 较 长 时

4、间 的 电 荷，这 也 为 电 动 汽 车 储 能 系 统建设奠定了基础。1.2锂电池电动汽车储能系统的构成及原理锂 电 池 电 动 汽 车 储 能 系 统 主 要 由 锂 电 池 组、充电 系 统、能 量 管 理 系 统 等 构 成，这 些 子 系 统 分 别 承担 能 量 存 储、能 量 供 应、能 量 管 理 功 能。锂 电 池 组是 储 能 系 统 的 主 要 组 成 部 分，锂 离 子 电 池 作 为 能 量储 存 装 置，由 多 个 锂 电 池 单 体 串 联、并 联 而 成，根据 需 要 提 供 所 需 的 电 压 及 容 量。锂 电 池 组 负 责 电 能储 存，并 通 过 蓄

5、 电 池 控 制 器 控 制 电 池 的 充 放 电 过程。其 次，充 电 系 统 由 外 部 电 源、充 电 连 接 器、充电 控 制 器 构 成，外 部 电 源 向 电 动 汽 车 提 供 电 能，充电 连 接 器 将 电 源 与 电 动 车 连 接 起 来，而 充 电 控 制 器通 过 控 制 充 电 电 流、充 电 速 率 来 对 锂 电 池 组 进 行。最 后，能 量 管 理 系 统 是 对 储 能 系 统 中 的 能 量 流 动 高效 利 用、充 分 管 理 的 系 统。在 管 理 系 统 运 行 过 程中，其 根 据 车 辆 驾 驶 需 要，结 合 电 池 的 状 态 和 充 电

6、条 件 来 对 电 池 组 能 量 输 出 和 充 电 过 程 实 时 监 测。通过 能 量 分 配 优 化，提 高 电 动 汽 车 的 能 源 利 用 效 率，延长电池寿命。2 锂电池电动汽车储能系统控制策略锂 电 池 电 动 汽 车 储 能 系 统 控 制 对 于 电 动 汽 车 稳定 运 行 至 关 重 要，为 了 更 好 地 实 现 储 能 系 统 控 制，要 从 充 电、放 电 两 大 方 面 入 手 采 取 有 效 措 施，以 确保电动汽车储能系统处于良好的运行状态。2.1充电控制策略结 合 锂 电 池 的 特 性 和 状 态，来 进 行 充 电 模 式 的有 效 选 择。例 如，

7、在 电 池 容 量 较 低 时 选 择 恒 流 充 电可 以 快 速 充 满 电 池，而 在 电 池 接 近 满 电 时 选 择 恒 压充 电 可 以 防 止 电 池 过 充。常 见 的 充 电 模 式 包 括 恒 流充电、恒压充电、混合充电。首 先，在 恒 流 充 电 时 电 流 保 持 恒 定 状 态，直 至电 池 的 电 压 或 容 量 达 到 设 定 限 度。恒 流 充 电 模 式 与快 充 更 为 匹 配，其 允 许 电 池 采 用 最 大 速 率 来 充 电，充 电 速 率 可 利 用 充 电 器 对 输 出 电 流 的 控 制 进 行 调整。其 次，在 恒 压 充 电 时 电 压

8、 保 持 恒 定 状 态，直 至电 流 降 到 预 设 的 最 低 值。该 模 式 在 充 电 状 态 时 应用，可 让 电 池 保 持 恒 定 电 压，通 过 对 输 出 电 压 进 行有 效 控 制，灵 活 调 整 充 电 速 率，能 够 避 免 出 现 电 池过 充 的 现 象。最 后，混 合 充 电 模 式 兼 具 恒 流 与 恒 压两 种 充 电 模 式 的 特 性。电 池 刚 开 始 充 电 时 可 利 用 恒流 充 电，而 在 充 电 量 不 断 增 加 时，将 其 更 换 成 恒 压模 式，从 而 对 电 流 电 压 进 行 有 效 控 制。此 种 模 式 可对 快 速 充 电

9、 进 行 有 效 平 衡，并 更 好 地 保 护 电 池 的 寿命。此 外，调 节 充 电 速 率 还 可 依 据 额 定 充 电 速 率、资讯聚焦2023 年第 12 卷 储 能 科 学 与 技 术电 池 温 度、充 电 电 流 等 的 状 态 进 行，以 更 好 地 保 障充电的安全稳定。2.2放电控制策略依 据 驾 驶 需 求 与 电 池 状 态 来 选 择 放 电 模 式，即这 两 项 内 容 的 变 化 也 需 相 应 地 调 整 放 电 模 式。例如，恒 功 率 放 电 可 让 动 力 输 出 保 持 在 稳 定 状 态，恒压 放 电 可 让 电 压 保 持 在 稳 定 状 态。如

10、 今，应 用 较 为频 繁 的 有 恒 功 率 放 电、恒 压 放 电 以 及 恒 阻 放 电 三 种放电模式。首 先，在 恒 功 率 放 电 模 式 之 下，输 出 功 率 保 持恒 定 状 态，动 力 输 出 也 相 对 稳 定。此 种 模 式 可 应 用于 加 速、超 车 等 驾 驶 场 景 中，用 于 保 持 动 力 的 稳 定输 出，利 用 电 流 电 压 的 调 整 来 保 障 功 率 的 稳 定 输出。其 次，在 恒 压 放 电 模 式 之 下，放 电 电 压 保 持 恒定 状 态，通 过 对 放 电 电 流 进 行 灵 活 调 控，用 以 保 障功 率 需 求 获 得 有 效

11、满 足。在 需 恒 定 电 压 输 出 的 场 景中 应 用 此 模 式，可 实 现 稳 定 供 应 动 力。最 后，在 恒阻 放 电 模 式 之 下，电 流 可 利 用 对 放 电 电 阻 的 灵 活 控制 保 持 输 出 的 稳 定 性。实 际 运 用 过 程 中，在 某 些 设备工作需电流稳定输出的场景中可采用该模式。此 外，还 应 根 据 驾 驶 需 求 和 电 池 状 态，并 结 合特 定 的 动 力 需 求 对 放 电 功 率 进 行 合 理 调 整。结 合 电池 SOC 和 电 流 特 性 以 及 能 量 利 用 要 求，对 放 电 功率 进 行 灵 活 调 节，从 而 有 效

12、保 障 续 航 里 程 的 稳 定增加。综 上 所 述，充 电 控 制 和 放 电 控 制 在 锂 电 池 电 动汽 车 储 能 系 统 中 起 着 关 键 作 用。通 过 选 择 合 适 的 充电 模 式 和 放 电 模 式，并 对 充 放 电 及 功 率 调 节 策 略 进行 不 断 优 化，可 提 升 储 能 管 理 的 高 效 性、安 全 性，保 障 电 池 能 量 得 以 充 分 利 用，电 池 寿 命 也 可 有 效 延长，从 而 获 得 更 好 的 驾 驶 体 验。在 实 施 过 程 中 应 将电 池 特 性、系 统 要 求 以 及 驾 驶 需 求 共 同 考 虑 在 内，并借助

13、监测系统对策略进行优化调整。3 锂 电 池 电 动 汽 车 储 能 系 统 优 化 与 未来发展3.1储能系统性能优化锂 电 池 电 动 汽 车 储 能 系 统 优 化 是 未 来 业 界 亟 待研 发 的 重 要 领 域，其 中 储 能 系 统 性 能 优 化 则 是 储 能系 统 优 化 的 关 键 点。在 实 践 过 程 中，可 从 能 量 管 理系 统 优 化、充 放 电 策 略 优 化、电 池 寿 命 与 循 环 控 制等方面入手采取措施。首 先，利 用 先 进 算 法，可 对 储 能 管 理 系 统 进 行有 效 优 化，从 而 更 好 地 保 障 充 放 电 策 略 的 实 施。

14、通过 对 电 池 状 态、驾 驶 行 为 等 进 行 实 时 监 测，并 利 用优 化 算 法，能 够 提 升 储 能 系 统 智 能 化 水 平，确 保 驾驶 体 验 实 现 最 优 化。其 次，为 了 进 一 步 提 升 能 量 利用 率 并 延 长 续 航 里 程，可 通 过 优 化 充 放 电 策 略 来 达到 预 期 目 标。通 过 充 放 电 模 式 的 科 学 选 择 以 及 功 率调 节 策 略 的 有 效 应 用，可 确 保 在 不 影 响 驾 驶 需 求 的基 础 上，最 大 化 发 挥 储 能 系 统 的 电 池 能 量 利 用 率。最 后，储 能 系 统 性 能 达 到

15、 的 优 化 效 果 主 要 可 从 电 池寿 命 及 其 状 态 来 判 断，通 过 对 循 环 控 制 策 略 的 不 断优 化 应 用，可 规 避 电 池 温 度 过 高、过 度 充 放 电 等 问题，使得电池寿命能够有效延长。3.2新技术与未来发展趋势为 使 得 用 户 获 得 更 好 的 体 验，相 关 领 域 专 家 学者 致 力 于 快 速 充 电 技 术。目 前 伴 随 着 技 术 的 不 断 升级，充 电 设 备 日 渐 完 善，电 动 汽 车 快 充 已 逐 步 普 遍化。例 如，特 斯 拉 的“超 级 充 电 站”采 用 的 高 功 率充 电 桩 能 够 在 短 时 间

16、内 为 电 动 汽 车 充 电。今 后 快 速充 电 技 术 将 会 不 断 优 化，充 电 时 间 会 进 一 步 缩 短，用 户 将 享 受 更 为 优 质 的 服 务。其 次，为 了 进 一 步 提高 电 池 能 量 密 度、安 全 性、循 环 寿 命，业 界 将 研 发工 作 重 点 放 到 探 索 新 型 电 池 技 术 上。目 前 锂 硫 电池、固 态 电 池 被 认 为 是 具 有 潜 力 的 技 术，锂 硫 电 池和 锂 离 子 电 池 相 比，其 材 料 成 本 较 低、理 论 能 量 密度 更 高，具 有 显 著 的 优 势；固 态 电 池 的 安 全 性 能 更高，操 作

17、 温 度 范 围 更 大。新 型 电 池 的 应 用 可 保 证 电动 汽 车 有 效 提 升 储 能 系 统 性 能。未 来 智 能 互 联 网 技术 在 储 能 系 统 中 的 应 用 将 更 加 深 入。智 能 互 联 网 技术 的 快 速 发 展 为 储 能 系 统 带 来 了 更 多 机 遇。在 人 工智 能、大 数 据 分 析、深 度 学 习 等 技 术 的 加 持 下，驾驶 行 为、充 电 网 络、能 源 管 理 的 决 策 将 更 加 智 能化。此 外，储 能 系 统 与 智 能 家 居、智 慧 城 市 等 系 统的 集 成，还 能 够 实 现 更 加 高 效 的 能 源 管 理 系 统 优化，为强化电动汽车储能系统高效运行奠定基础。基 金 项 目：南 宁 市 优 秀 青 年 科 技 创 新 创 业 人 才培 育 项 目（编 号：RC20220102）；南 宁 学 院 校 级科研项目（编号：2019XJ12）。2360