混合电动车用MH—Ni电源系统若干问题探讨

　　引言

　　氢镍（MH—Ni）电池目前是混合电动车用的主流电池。随着经济与科技的发展，我国在混合电动车的研制方面取得了较大程度的进展，目前混合电动客车正逐步走向市场。针对混合电动车用MH—Ni电源，在选择和应用方面，各家都有一些不同的见解，主要集中在几个问题上，如SOC的判断精度、电池的一致性等。根据我们产品近年来在混合电动车上的实际配套应用，积累了一些经验，提出了自己的一些看法，与大家共同探讨。

　　1 混合电动车用电源的选择

　　在此主要讨论的是对混合电动车用电池容量和功率的选择，以MH—Ni电池为例，但对其他混合电动车用电池也有一定的参考价值。

　　1.1 电池容量的选择

　　不同的整车设计，对电池的需求是不同的。目前混合电动车主要有微混合（42V电源系统）、全混合等，全混合又包括串联型、并联型、混联型，以及外接充电式（PHEV）等。相对而言，并联型对电池容量的要求较低，串联型和PHEV要求的容量较高。无论何种形式的电动车，其对电池容量需求的计算方法是大致相同的，即根据电池的实际运行工况来计算所需要的电池容量。

　　例如，对于北京工况，其具体制度为：

　　a：160A放电30s，休息100s；b：40A充电30s，休息100s（循环17次）；c：50A充电30s，190A放电40s（循环4次）；d：休息80s；e：50A充电30s，休息103s（循环6次）。

　　从上面的工况循环可以看出，连续充电或放电中输出容量最高的是c步（达到6.77Ah）。在HEV中MH—Ni电池的正常应用SOC范围为30%~80%（日本丰田Prius车应用为40%的容量）。假设在b步后电池SOC达到中间状态55%SOC，此时电池从55%SOC放电到最低点30%SOC，至少要放出6.77Ah的容量。则所需电池的最低容量为：

　　6.77Ah/（55%一30%）=27.08Ah在实际选择过程中，考虑到电池的寿命和应用可靠性，一般要有一定的冗余，根据美国Freedom—CAR混合电动车用电池检测手册，冗余可以定为30%。则电池的容量应为：

　　27.08Ahxl30%=35.2Ah即应该选用35Ah左右的电池。

　　车上有其他附属电器时（如空调），应当考虑其相应的功耗，再进行计算。

　　1.2 电池功率的选择

　　混合电动车对电池的功率相对要求较高。对电池来说，提高电池的功率相应就要提高电池的成本，或重量，或体积。对于整车来说，只要电池的功率能够满足应用要求即可，不适宜过度追求指标。同样根据上面的北京工况，选择电池的容量为35Ah。根据最恶劣的情况计算所需要的电池功率。c步所要求功率最高，放电电流为190A，持续时间40s。假设在30%SOC下需要满足此要求，电池放电最低电压不低于0.9V。电池的放电倍率为：

　　190A/35Ah=5.4C假设在此放电倍率、30%SOC下电池的放电平均电压为1.15V。则所需要的电池功率至少为：

　　1.15V×190A=218.5W对电池的功率同样需要30%的冗余。则电池30%下连续放电40s的功率要求应为：

　　218.5Wxl30%=284W在低温情况下，MH—Ni电池的放电功率会受到较大影响，对低温下电池的功率要求也应相对低一些，主要为启动功率。例如，美国对于功率辅助型混合电动轿车常温下的峰值功率要求达到20kW，而~30qC低温下的启动功率要求为5kW。其具体检测方法见表1。

　　2 电池的一致性

　　电池的一致性是大家都经常提到的问题，但什么叫电池的一致性、其判断依据和方法是什么、应达到什么样的一致程度等，目前无明确的概念。一致性应当指同一规格型号的电池组成蓄电池组后，其各种参数如电压、内阻、SOC、容量以及电池的衰退率、自放电率以及各参数随时问的变化率等之间存在的差别，以及电池受外界条件影响如温度等而产生性能差别是否一致等。要求电池~致性的目的主要有以下几个：一是保护电池，避免过充、过放；二是提高系统可靠性及寿命；三是避免电池性能相差过大，影响系统的正常使用。

　　一致性没有具体的考核标准。从实际操作看，从整个电池系统考虑，某些参数是不容易进行检测的，如电池的衰退率、各个电池的自放电率、各参数的变化率、电池的直流内阻等，因此这些参数不易列为考核标准。电池容量、电压、欧姆内阻以及系统的温度均匀性足比较容易进行检测的，可以作为考核标准。

　　各参数具体应达到什么样的程度才算达到一致性要求，我们认为，只要能达到一致性的目的要求即可，下面对这几个参数进行具体讨论。