CN102544607A

CN102544607A - 锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统

Info

Publication number: CN102544607A
Application number: CN2012100318439A
Authority: CN
Inventors: 张剑辉; 舒鹏
Original assignee: Beijing Hyperstrong Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Hyperstrong Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-02-13
Also published as: CN102544607B

Abstract

本发明提供一种锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统，其中方法包括：建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；在对电池组内单体电池进行恒定电流充电时，获取各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压；根据获取的所述充电温度、充电电流和动态电压，以及所述映射关系获取电池组内各单体电池的第一剩余电量值。本发明还提供了相应的装置，以及包括上述装置的电池系统。本发明的技术方案能够准确的获取电池组内各单体电池的剩余电量值。

Description

锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统

技术领域

本发明涉及电池管理技术，尤其涉及一种锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统。

背景技术

锂离子电池作为动力电池广泛应用于电动汽车行业中，电池组中单体电池的剩余电量(State of Charge，以下简称：SOC)值为单体电池的可用电量与电池容量的比值，用于表征纯电动汽车的续驶里程，是纯电动汽车行驶过程中的重要参考值。目前电池组中单体电池的SOC值主要是通过充满校正和开路电压(Open Circuit Voltage，以下简称：OCV)的方法查询，即当电池组中任一单体电压充电至截止电压时停止对整个电池组的充电，将达到截止电压的单体电池的SOC值校正为100％，而当车辆长期放置后重新启动时，采集电池组的单体电池的电压，然后对照开路电压查询表获取该单体电池的SOC值，其中的开路电压查询表包括了单体电池的开路电压及其SOC值的对应关系。

现有技术中，受环境等外界因素影响对充满校正和动态电压的查询方法估算SOC值的误差较大，而对电池组SOC值估计的不准确将会导致对车辆可行驶里程的预测不准确，降低纯电动车运行的安全性和可靠性，并且容易导致电池组中单体电池的过放电，也会减少电池组的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统，用于提高获取的单体电池的SOC值的准确性。

本发明提供了一种锂离子电池的剩余电量值获取方法，包括：

建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；

在对电池组内单体电池进行恒定电流充电时，获取各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压；

根据获取的所述充电温度、充电电流和动态电压，以及所述映射关系获取电池组内各单体电池的第一剩余电量值。

本发明还提供了一种锂离子电池的剩余电量值获取装置，包括：

映射关系建立模块，用于建立充电状态下电池组内各单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；

参数获取模块，用于在对电池组进行恒定电流充电时，获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压；

第一剩余电量值获取模块，用于根据获取的所述充电温度、所述充电电流和所述动态电压，以及所述映射关系获取电池组内各单体电池的第一剩余电量值。

本发明还提供了一种电池系统，包括有多个单体电池构成的电池组，以及上述的锂离子电池的剩余电量值获取装置。

本发明提供的技术方案，通过建立电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系，充分考虑了外界的温度、电流等因素对锂离子电池特性的影响，在充电过程中，通过实时获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压，通过上述的映射关系即可获取到对应的第一剩余电量值，由于充分考虑了外界因素的影响，上述获取的第一剩余电量值能够更加准确，可以更为有效的指导纯电动汽车的行车，提高纯电动汽车的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中建立剩余电量值和动态电压的映射关系的具体流程示意图；

图3为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取装置的结构示意图一；

图4为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取装置的结构示意图二；

图5为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取装置的结构示意图三。

具体实施方式

针对现有技术中对电池组内单体电池的SOC值估计不准确的缺陷，本发明提供了一种锂离子电池的SOC值获取的技术方案，能够提高获取的SOC值的准确性。

图1为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下的步骤：

步骤101、建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；

步骤102、在对电池组进行恒定电流充电时，获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压；

步骤103、根据获取的所述充电温度、所述充电电流和所述动态电压，以及所述映射关系获取电池组内各单体电池的第一剩余电量值。

本发明上述实施例中，首先建立了电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系，充分考虑了外界的温度、电流等因素对锂离子电池特性的影响，在充电过程中，通过实时获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压，通过上述的映射关系即可获取到对应的第一剩余电量值，由于充分考虑了外界因素的影响，上述获取的第一剩余电量值能够更加准确，可以更为有效的指导纯电动汽车的行车，提高纯电动汽车的安全性和可靠性。

本发明上述实施例提供的锂离子电池的剩余电量值获取方法，可以应用在对电池组进行恒定电流充电的过程中，其对SOC值的估计更加准确。另外，在上述对充电过程中单体电池的SOC值精确估计的基础上，可以在放电过程中获得精准的基准SOC值，并进而根据该基准SOC值实时的获取各单体电池放电过程中的第二剩余电量值，具体的该方法包括：

在对电池组进行放电时，获取所述第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；

获取电池组内各单体电池的放电电流，对所述放电电流进行时间积分获取各单体电池的放电电量；

根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第二剩余电量值。

另外，在上述获取电池组内各单体电池第一剩余电量值后，可以先根据电池组内各单体电池的第一剩余电量值进行均衡处理，即将电池组内第一剩余电量值大的单体电池的进行放电，将其多余的电量均衡到整个电池组内，或者是由电池组向电池组内第一剩余电量值小的单体电池进行充电，上述两种方式都能够达到使整个电池组内的电量均衡的效果。并可以进一步将均衡后的各单体电池的第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值，具体的，该方法进一步包括：

根据所述电池组内各单体电池的第一剩余电量值进行均衡处理，在对电池组进行放电时，将均衡处理后的各单体电池的第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；

根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第三剩余电量值。

另外上述实施例中，通过在对电池组内单体电池放电过程中获取准确的第二剩余电量值或第三剩余电量值，在放电结束并开始充电是，可以将其作为基准剩余电量值，进一步计算各单体电池充电后的剩余电量值，具体的包括如下的步骤：

在对电池组内单体电池进行放电结束，并开始对所述电池组进行充电时，获取各单体电池放电结束时的第二剩余电量值或第三剩余电量值作为基准剩余电量值；

获取电池组内各单体电池的充电电流，对所述充电电流进行时间积分获取各单体电池的充电电量；

根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的充电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第四剩余电量值。

本发明上述实施例中，使得在一次恒流充电结束后，获取各个单体电池准确的第一剩余电量值，在后续的电池组的放电和充电过程中，也就是纯电动汽车的电池组的使用过程中，可以通过上述的技术方案实时的获取电池模块内各单体电池的剩余电量值，上述剩余电量值能够准确的反映各单体电池剩余的可用电量，有效指导行驶，具体的，可以通过显示模块对获取的各个单体电池的第一剩余电量值、第二剩余电量值、第三剩余电量值或第四剩余电量值进行显示，优选的可以显示剩余电量值最小的单体电池的相应值，这主要是考虑电池组的可用电量受剩余电量值最小的单体电池的制约，通过显示第二剩余电量值最小的单体电池的第二剩余电量值，而非其他单体电池的剩余电量值，能够有效地避免对剩余电量值较小的单体电池的过放电。

本发明上述实施例提供的技术方案，如图2所示，其中建立电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系的步骤可以具体包括：

步骤201、在设定的充电温度下采用恒定的充电电流对电池组内单体电池进行充电，对所述恒定的充电电流按照时间进行时间积分以获取各个时刻充入单体电池的可用电量值，并采集各个时刻电池组内单体电池的动态电压；

本步骤主要是考虑单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系普遍受充电电流、充电温度的影响，在不同的温度下或以不同的充电电流对单体电池进行充电，获取的剩余电量值和动态电压的映射关系不一致，本实施例中是通过模拟各种充电环境以获取各种情形下的映射关系，具体的本步骤可以是在20℃下，以1A的充电电流对单体电池进行充电，通过对上述的充电电流按照时间进行时间积分可以获取到单体电池的可用电量，通过在该步骤中还采集各单体电池的动态电压；

步骤202、根据步骤201中获取到的各个时刻的可用电量值，以及单体电池的容量获取各个时刻电池组内单体电池的剩余电量值；

步骤203、根据所述各个时刻的剩余电量值，以及采集的各个时刻电池组内单体电池的动态电压建立在所述设定的充电温度和设定的充电电流下单体电池的电池剩余电量值和动态电压的子映射关系，即在充电温度为20℃，充电电流为1A时各单体电池的剩余电量值和动态电压的子映射关系；

步骤204、在不同的充电温度下，以不同的充电电流重复执行上述步骤，获取不同的充电温度和不同充电电流下的多个子映射关系，建立电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系。具体的，可以先设定充电温度为20℃不变，充电电流可以选择0.8A、0.9A、1.1A、1.2A、1.5A等多个值充分进行上述的步骤201～步骤203，可以获取到20℃时，以多种不同大小的充电电流对电池组进行充电获得的单体电池的剩余电量值和动态电压的子映射关系。另外，还可以在不同的温度下执行上述操作，以获取不同的充电温度和不同的充电电流下，电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系。

另外，在获取到电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，若采取恒定电流对电池组内各单体电池进行充电，可以采集各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压，具体的对于充电温度，可以以该单体电池充电完成时的温度作为充电温度，另外对于采集到的充电温度、充电电流和动态电压等参数值与映射关系中的参考值不完全一致的情况，可以选择差值较小的参考值，例如在映射关系中记录了20℃和25℃两种情况下的子映射关系，而采集到的充电温度为20.8度，这时可以选择其中的映射关系中20℃情况下的子映射关系，对于充电电流和动态电压也类似选择，在采集的参数值与映射关系中的参考值不完全一致的情况，可以选择差值较小的参考值。

另外，在本发明的上述实施例中，考虑到一个电池组内各单体电池的性能基本一致，因此，可以是以电池组内的一个单体电池为例建立电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，电池组内的各单体电池均可由上述映射关系获取到剩余电量值。

本发明上述实施例中，其中在获取到电池组内各单体电池的第一剩余电量值后，对电池组内单体电池的第一剩余电量值进行均衡处理，具体的例如可以是电池组内各个单体电池的容量为100Ah，其中一个单体电池的第一剩余电量值为80％，而其他的单体电池的剩余电量值为100％，此时可以由电池组向该单体电池充电18h，以达到电池组内均衡各单体电池间剩余电量值的目的。由于在对各单体电池充电后获取的单体电池的剩余电量值非常精准，在该均衡过程中，也可以准确的计算出充放电量，因此最后获得的均衡后的各单体电池的第一剩余电量值仍会非常精准。与上述的方法实施例对应的，本发明还提供了一种锂离子电池的剩余电量值获取装置，图3为本发明实施例中锂离子电池的剩余电量值获取装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括映射关系建立模块11、参数获取模块12和第一剩余电量值获取模块13，其中映射关系建立模块11用于建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；参数获取模块12用于在对电池组进行恒定电流充电时，获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压；第一剩余电量值获取模块13用于根据获取的所述充电温度、所述充电电流和所述动态电压，以及所述映射关系获取电池组内各单体电池的第一剩余电量值。

本发明上述实施例中，其中映射关系建立模块建立了电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系，充分考虑了外界的温度、电流等因素对锂离子电池特性的影响，在充电过程中，通过实时获取电池组内各单体电池的充电温度、充电电流和动态电压，通过上述的映射关系即可获取到对应的第一剩余电量值，由于充分考虑了外界因素的影响，上述获取的第一剩余电量值能够更加准确，可以更为有效的指导纯电动汽车的行车，提高纯电动汽车的安全性和可靠性。

本发明上述时候实施例中，还可以进一步的根据各个单体电池的第一剩余电量值获取单体电池的基准剩余电量值，并用于在对电池组放电过程中对各单体电池的剩余电量值的计算。具体的，如图4所示，上述的装置还进一步的包括第一基准剩余电量值获取模块14、第一计算模块15和第二剩余电量值获取模块16，其中第一基准剩余电量值获取模块14用于在对电池组进行放电时，获取所述第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；第一计算模块15用于获取电池组内各单体电池的放电电流，对所述放电电流进行时间积分获取各单体电池的放电电量；第二剩余电量值获取模块16用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第二剩余电量值。

或者是在另外一个技术方案中，在获取到电池组内各个单体电池的第一剩余电量值后，对其进行均衡处理，具体的如图5所示，该装置还包括均衡处理模块17、第二计算模块18和第三剩余电量值获取模块19，其中均衡处理模块17用于根据所述电池组内各单体电池的第一剩余电量值进行均衡处理，在对电池组进行放电时，将均衡处理后的各单体电池的第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；第二计算模块18用于获取电池组内各单体电池的放电电流，对所述放电电流进行时间积分获取各单体电池的放电电量；第三剩余电量值获取模块19用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第三剩余电量值。

在本发明的上述实施例中，其中的剩余电量值获取装置还可以进一步的包括第二基准剩余电量值获取模块、第三计算模块和第四剩余电量值获取模块，其中第二基准剩余电量值获取模块用于在对电池组进行放电完成，并开始对所述电池组进行充电时，获取各单体电池放电完成时的第二剩余电量值或第三剩余电量值作为基准剩余电量值；第三计算模块用于获取电池组内各单体电池的充电电流，对所述充电电流进行时间积分获取各单体电池的充电电量；第四剩余电量值获取模块用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的充电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第四剩余电量值。

另外，如图4或图5所示，在上述的充电电池的剩余电量值获取装置中还可以进一步的包括显示模块20，该显示模块20用于对获取的各个单体电池的第一剩余电量值、第二剩余电量值、第三剩余电量值或第四剩余电量值进行显示，优选的可以显示剩余电量值最小的单体电池的相应值，这主要是考虑电池组的可用电量受剩余电量值最小的单体电池的制约，通过显示第二剩余电量值最小的单体电池的第二剩余电量值，而非其他单体电池的剩余电量值，能够有效地避免对剩余电量值较小的单体电池的过放电。。具体的，该显示模块20可以是车载显示仪表。

本发明实施例还提供了一种电池系统，该电池系统包括有多个单体电池构成的电池组，以及上述任一实施例所给出的锂离子电池的剩余电量值获取装置。

本发明上述技术方案提供的锂离子电池的剩余电量值获取方法、装置以及电池系统，可以准确的对电池组内各单体电池的SOC值进行估算，为电池组内单体电池的使用提供可靠的依据，能够提高纯电动汽车使用的安全性和可靠性，降低因为SOC值估算的不准确引起的人力物力投入。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种锂离子电池的剩余电量值获取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池的剩余电量值获取方法，其特征在于，还包括：

在对电池组内单体电池进行放电时，获取所述第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；

3.根据权利要求1所述的锂离子电池的剩余电量值获取方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求2或3所述的锂离子电池的剩余电量值获取方法，还包括：

5.根据权利要求1所述的锂离子电池的剩余电量值获取方法，其特征在于，所述建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系包括：

在设定的充电温度下采用恒定的充电电流对电池组内单体电池进行充电，对所述恒定的充电电流进行时间积分以获取各个时刻充入各单体电池的可用电量值，并采集各个时刻电池组内单体电池的动态电压；

根据获取到的各个时刻的可用电量值，以及单体电池的容量获取各个时刻电池组内单体电池的剩余电量值；

根据所述各个时刻的剩余电量值，以及采集的各个时刻电池组内单体电池的动态电压建立在所述设定的充电温度和设定的充电电流下单体电池剩余电量值和动态电压的子映射关系；

在不同充电的温度，以不同的充电电流重复执行上述步骤，获取不同的温度和不同电流下的多个子映射关系，建立电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系。

6.一种锂离子电池的剩余电量值获取装置，其特征在于，包括：

映射关系建立模块，用于建立充电状态下电池组内单体电池的剩余电量值和动态电压的映射关系，所述映射关系包括不同温度和不同电流下的多个子映射关系；

7.根据权利要求6所述的锂离子电池的剩余电量值获取装置，其特征在于，还包括：

第一基准剩余电量值获取模块，用于在对电池组进行放电时，获取所述第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；

第一计算模块，用于获取电池组内各单体电池的放电电流，对所述放电电流进行时间积分获取各单体电池的放电电量；

第二剩余电量值获取模块，用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第二剩余电量值。

8.根据权利要求6所述的锂离子电池的剩余电量值获取装置，其特征在于，还包括：

均衡处理模块，用于根据所述电池组内各单体电池的第一剩余电量值进行均衡处理，在对电池组进行放电时，将均衡处理后的各单体电池的第一剩余电量值作为各单体电池的基准剩余电量值；

第二计算模块，用于获取电池组内各单体电池的放电电流，对所述放电电流进行时间积分获取各单体电池的放电电量；

第三剩余电量值获取模块，用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的放电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第三剩余电量值。

9.根据权利要求7或8所述的锂离子电池的剩余电量值获取装置，其特征在于，还包括：

第二基准剩余电量值获取模块，用于在对电池组进行放电完成，并开始对所述电池组进行充电时，获取各单体电池放电完成时的第二剩余电量值或第三剩余电量值作为基准剩余电量值；

第三计算模块，用于获取电池组内各单体电池的充电电流，对所述充电电流进行时间积分获取各单体电池的充电电量；

第四剩余电量值获取模块，用于根据所述各单体电池的基准剩余电量值，所述各单体电池的充电电量，以及各单体电池的容量实时获取各单体电池的第四剩余电量值。

10.一种电池系统，其特征在于，包括有多个单体电池构成的电池组，以及权利要求6-9任一所述的锂离子电池的剩余电量值获取装置。