CN102854470A - 一种用于动力电池组soc估计实际可用容量的测量方法 - Google Patents

一种用于动力电池组soc估计实际可用容量的测量方法 Download PDF

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冯飞
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一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，属于动力电池或动力电池组管理技术领域。目的是为了解决电动汽车和混合动力车中的电池组在使用过程中一致性差别变大的问题，提供一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法。本发明通过监测动力电池组中每一个电池在充放电过程中的电压，并以充电过程中最高电压达到上限截止电压，放电过程中最低电压达到下限截止电压为依据，确定动力电池组的实际可用容量，并且可以确定动力电池组实际的充放电截止电压。试验验证通过该方法确定的电池实际容量使用范围，动力电池组中每一个电池具有很好的电压一致性。本发明适用于测量电动汽车和混合动力车中的电池组的实际可用容量。

Description

一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法
技术领域
本发明为一种用于动力电池组SOC估计的实际可用容量的测量方法，属于动力电池或动力电池组管理技术领域。 
背景技术
目前，人们日益重视对环境的保护和能源的有效、合理使用。因此，高效、节能、环保的新能源汽车就成为汽车行业的发展趋势。为了确保动力电池安全与整车控制策略的执行，动力电池管理系统的研发尤为重要。其中SOC(剩余电量百分比)作为电池特性最主要的影响因素，是近年来电池组管理系统研究的热点和难点之一。 
安时计量法是目前电动汽车最常使用的电池SOC估计方法，其原理是通过负载电流的积分估计SOC，简单易用、算法稳定，公式如下： 
SOC = SOC 0 - 1 C A ∫ t 0 t ηIdt
式中SOC0为初试SOC，CA为电池实际可用容量，η为库伦效率。由以上公式可以看出实际可用容量的准确计算直接影响安时法的计算精度。 
由于锂离子电池在电动汽车和混合动力车的应用上需要将多个单体电池串联和/或并联连接而成，但是由于各单体电池的一致性差别，电池组经过一定的充放电循环之后性能会有不同程度的下降，表现为容量衰减率的加大和电池组内单体电池一致性差别变大。 
发明内容
本发明的目的是为了解决电动汽车和混合动力车中的电池组在使用过程中一致性差别变大的问题，提供一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法。 
一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，该方法的实现步骤为： 
步骤一：设定动力电池组的工作温度为N； 
步骤二：以恒定电流对待测动力电池组充电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达充电上限截止电压时，停止充电，记录此时整组待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组的充电上限截止电压； 
步骤三：将步骤二充电后的待测动力电池组进行以恒定电流放电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达放电下限截止电压，停止放电，记录此时整组电待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组放电下限截止电压； 
步骤四：以恒定电流将待测动力电池组充电至步骤二所记录的充电上限截止电压，此 时充入的电量为Qchal，静止一个小时，然后执行步骤五； 
步骤五：以恒定电流将待测动力电池组的电量释放至步骤三所记录的放电下限截止电压，此时放出的电量为Qdis1； 
步骤六：返回重复执行两次步骤四和五，获得到充电量Qcha2和Qcha3、放电量为Qdis2和Qdis3； 
步骤七：根据Qcha1、Qcha2和Qcha3、计算获得三次充电量的算术平均值为Qcha0；根据Qdis1、Qdis2和Qdis3计算获得三次放电量的算术平均值为Qdis0； 
步骤八：如果Qcha1、Qcha2和Qcha3与平均值Qcha0的偏差均小于ε％，则平均值Qcha0为该待测动力电池组的可用容量，其中ε为正整数；如果Qdis1、Qdis2和Qdis3与Qdis0的偏差均小于ε％，则Qdis0为该待测动力电池组的实际可用容量； 
步骤九：计算库伦效率η，计算公式为： 
Figure BDA00002082895400021
步骤十：利用公式 
Figure BDA00002082895400022
得到待测动力电池组的SOC，式中SOC0为初始的SOC，Qdis0为电池实际可用容量，I为电池组充放电期间的恒定电流。 
本发明通过监测电池组中每一个电池单体在充放电过程中的电压，并以充电过程中单体最高电压达到上限截止电压，放电过程中单体最低电压达到下限截止电压为依据，确定电池组的实际可用容量，并且可以确定电池组实际的充放电截止电压。试验验证通过该方法确定的电池实际容量使用范围，电池组中每一个单体电池具有很好的电压一致性。 
本发明的优点是： 
(1)考虑到了电池组中电池单体初始SOC不同，而导致的充放电过程中电压不一致，从而导致整组电池实际可用容量的变化。 
(2)考虑到了电池组中电池单体内阻不同，而导致的充放电过程中电压不一致，从而导致整组电池实际可用容量的变化。 
(3)考虑到了电池组中电池单体的容量不同，而导致的充放电过程中电压不一致，从而导致整组电池实际可用容量的变化。 
(4)该方法给出了电池组实际充电上限截止电压和放电下限截止电压的确定方法。 
(5)该方法可以确定电池组实际库伦效率。 
(6)该方法考虑到了电池在不同温度条件下的使用情况，因此有更宽的温度适用范围。 
附图说明
图1为本发明的方法流程图； 
图2为充电过程中电池的初始SOC不同但容量和内阻相同的两节电池的充电电压曲线； 
图3为初始电量和内阻相同但充电过程电池的容量不同的两节电池的充电电压曲线，； 
图4为初始电量和容量相同但电池内阻不同的两节电池的充电电压曲线，它们在1C电流充电过程中电池的端电压差为ΔV； 
图5为放电过程中电池的初始SOC不同的两节容量和内阻相同的电池的放电电压曲线； 
图6为初始电量和内阻相同，但放电过程电池容量不同的两节电池的放电电压曲线； 
图7为初始电量和容量相同放电过程电池内阻不同的两节电池的放电电压曲线，它们在恒定电流放电过程中电池的端电压差为ΔV； 
图8为确定充电上限截止电压前每节电池的充电电压曲线，其中1号电池最先达到上限截止电压； 
图9为确定放电下限截止电压前每节电池的放电电压曲线，其中4号电池最先达到下限截止电压； 
图10为确定充电上限截止电压后每节电池的充电电压曲线； 
图11为确定放电下限截止电压后每节电池的放电电压曲线； 
其中，图8至图11中的module1至module12分别表示1号电池至12号电池。 
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，该方法的实现步骤为： 
步骤一：设定动力电池组的工作温度为N； 
步骤二：以恒定电流对待测动力电池组充电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达充电上限截止电压时，停止充电，记录此时整组待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组的充电上限截止电压； 
步骤三：将步骤二充电后的待测动力电池组进行以恒定电流放电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达放电下限截止电压，停止放电，记录此时整组电待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组放电下限截止电压； 
步骤四：以恒定电流将待测动力电池组充电至步骤二所记录的充电上限截止电压，此时充入的电量为Qcha1，静止一个小时，然后执行步骤五； 
步骤五：以恒定电流将待测动力电池组的电量释放至步骤三所记录的放电下限截止电 压，此时放出的电量为Qdis1； 
步骤六：返回重复执行两次步骤四和五，获得到充电量Qcha2和Qcha3、放电量为Qdis2和Qdis3； 
步骤七：根据Qcha1、Qcha2和Qcha3、计算获得三次充电量的算术平均值为Qcha0；根据Qcha1、Qdis2和Qdis3计算获得三次放电量的算术平均值为Qdis0； 
步骤八：如果Qcha1、Qcha2和Qcha3与平均值Qcha0的偏差均小于ε％，则平均值Qcha0为该待测动力电池组的可用容量，其中ε为正整数；如果Qdis1、Qdis2和Qdis3与Qdis0的偏差均小于ε％，则Qdis0为该待测动力电池组的实际可用容量； 
步骤九：计算库伦效率η，计算公式为： 
Figure BDA00002082895400041
步骤十：利用公式 
Figure BDA00002082895400042
得到待测动力电池组的SOC，式中SOC0为初始的SOC，Qdis0为电池实际可用容量，I为电池组充放电期间的恒定电流。 
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的N的进一步说明，本实施方式所述的N值的范围为-20℃-60℃。 
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的ε进一步说明，本实施方式所述的ε的值为2。 
具体实施方式四：下面结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式为实施方式一的一个具体实施例，本实施方式所述一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，本实施方式选择12节电池作为一组电池组，其具体实现过程为： 
步骤一：选择待测动力电池工作温度范围内的温度20℃做为待测温度； 
步骤二：对待检测电池组进行恒定电流充电，以不超过安全电流的恒定电流将电池充电，当电池组其中一节单体的电压充电到上限截止电压，停止充电，记录此时整组电池的电压作为电池组充电上限截止电压； 
步骤三：对待检测电池组进行恒定电流放电，以不超过安全电流的恒定电流将电池放电，当电池组其中一节单体的电压放电到下限截止电压，停止放电，记录此时整组电池的电压作为电池组放电下限截止电压； 
步骤四：将待检测电池组放空，下限截止电压由步骤三确定，以不超过安全电流的恒定电流将电池充电到上限截止电压(由步骤二确定)，充入的电量为Qcha1，静止一个小时； 
步骤五：以不超过安全电流的恒定电流将电池放空，下限截止电压由步骤三确定，计算放出的电量Qdis1； 
步骤六：重复步骤四到步骤五，充电量分别为Qcha2和Qcha3，则三次放电量的算术平均值为Qcha0。如果Qcha1、Qcha2和Qcha3与Qcha0的偏差均小于2％，则Qcha0为该动力电池系统的可用容量。放电量分别为Qdis2和Qdis3，则三次放电量的算术平均值为Qdis0。如果Qdis1、Qdis2和Qdis3与Qdis0的偏差均小于2％，则Qdis0为该动力电池系统的实际可用容量； 
步骤七：根据步骤四和步骤六充入和放出的电量计算平均库伦效率η，计算公式为：  η = Q dis 0 Q cha 0 × 100 % ;
经过具体实施方式二的测定，该动力电池组在20℃环境温度下的实际可用容量和平均库伦效率如表一所示。 
表一20℃环境温度下的实际可用容量和平均库伦效率值 
Figure BDA00002082895400052
本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。 

Claims (3)

1.一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，其特征在于：该方法的实现步骤为：
步骤一：设定动力电池组的工作温度为N；
步骤二：以恒定电流对待测动力电池组充电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达充电上限截止电压时，停止充电，记录此时整组待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组的充电上限截止电压；
步骤三：将步骤二充电后的待测动力电池组进行以恒定电流放电，当待测动力电池组中任意一节电池的电压到达放电下限截止电压，停止放电，记录此时整组电待测动力电池组的电压，作为该待测动力电池组放电下限截止电压；
步骤四：以恒定电流将待测动力电池组充电至步骤二所记录的充电上限截止电压，此时充入的电量为Qcha1，静止一个小时，然后执行步骤五；
步骤五：以恒定电流将待测动力电池组的电量释放至步骤三所记录的放电下限截止电压，此时放出的电量为Qdis1；
步骤六：返回重复执行两次步骤四和五，获得到充电量Qcha2和Qcha3、放电量为Qdis2和Qdis3；
步骤七：根据Qcha1、Qcha2和Qcha3、计算获得三次充电量的算术平均值为Qcha0；根据Qdis1、Qdis2和Qdis3计算获得三次放电量的算术平均值为Qdis0；
步骤八：如果Qcha1、Qcha2和Qcha3与平均值Qcha0的偏差均小于ε％，则平均值Qcha0为该待测动力电池组的可用容量，其中ε为正整数；如果Qdis1、Qdis2和Qdis3与Qdis0的偏差均小于ε％，则Qdis0为该待测动力电池组的实际可用容量；
步骤九：计算库伦效率η，计算公式为：
Figure FDA00002082895300011
步骤十：利用公式
Figure FDA00002082895300012
得到待测动力电池组的SOC，式中SOC0为初始的SOC，Qdis0为电池实际可用容量，I为电池组充放电期间的恒定电流。
2.根据权利要求1所述的一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，其特征在于，所述的N值的范围为-20℃-60℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于动力电池组SOC估计实际可用容量的测量方法，其特征在于，所述ε的值为2。
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