CN104535935A - 一种动力电池组的容量检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力电池组的容量检测方法及装置，属于动力电池技术领域。所述方法包括：根据动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生SOC小于荷电阈值的概率，将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；对最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。本发明通过对动力电池组的历时数据进行解析，以确定存在最低电压的电池单体所在的电池模组/电池箱，并对该电池模组/电池箱进行均衡处理，能够避免在电池模组/电池箱的使用过程中检测误差逐渐加大以及SOC算法存在较大误差的问题，具有操作简单方便、检测结果准确性较高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力电池组的容量检测方法及装置，属于动力电池技术领域。
背景技术
电动汽车是以动力电池作为新能源的一种环保型汽车，对动力电池的性能及容量的检测和控制成为影响电动汽车整车性能的一个关键因素。通过对动力电池组的检测过程，可以完成电池组性能的综合评估，目前电池的检测参数主要为电池的容量。由于电池容量检测比较复杂，而且由于单次检测的容量可能存在一定的误差，因此需要进行多次测量。
目前使用的动力电池组容量的检测方法是全充全放法。全充全放法主要是采用恒流恒压的充电模式将动力电池组充电至最高截止电压，然后恒流放电至最低电压，利用这个放电过程中放出的容量衡量电池的可用容量，该检测方法成本较高。但是在动力电池组的使用过程中，由于内部复杂的电化学反应形象，使电池特性体现出高度的非线性，电池的离散程度逐渐加剧，导致采用全冲全放法的容量检测误差逐渐变大。
现有技术提出了一种动力电池实际容量估算方法，该方法基于电池数学模型，利用系统辨识算法辨识电池的开路电压和容量，并记录开路电压OCV1、OCV2对应的电池容量为Cap1、Cap2，同时运用AH积分算法算出电池容量Cap3，再对Cap1、Cap2、Cap3进行加权、滤波方法处理获得电池容量Cap0，最后对Cap0进行滤波处理得到符合工程化应用要求的电池实际容量。
现有技术还提出了一种用于电动汽车电池管理系统的电池剩余容量估算方法，该方法包括：初始化电池的起始电池剩余容量；根据安时电流积分法预测下一时刻的剩余容量，通过电流极化模型得到电池极化状态；根据开路电压模型估算开路电压；估算电池电压；比较实际采样电压和估算的电池电压，计算电压误差；通过卡尔曼滤波器模型获取小校正后剩余电量；引入温度及电池寿命补偿策略，根据所述校正后剩余电量估算剩余电量。
但是由于已有的SOC估算方法误差较大，上述两种方法均无法准确检测动力电池组的实际可用容量。
发明内容
本发明为解决现有的动力电池组容量检测技术采用SOC估算方法存在较大检测误差的问题，进而提出了一种动力电池组的容量检测方法及装置。本发明提出的技术方案包括：
一种动力电池组的容量检测方法，包括：
根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生SOC小于荷电阈值的概率，将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；
对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；
对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理包括：
查找所述电池模组/电池箱中的最低电压电池单体；
对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理；
若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测包括：
对经过均衡处理的电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和；
若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，所述恒流放电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，所述恒流充电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，所述恒流充电还包括：在所述恒压充电的过程中，当充电倍率降为第二预定值时，充电终止。
在本发明所述的动力电池组的容量检测方法中，若预定次数的放电量总和之间的偏差超过所述偏差阈值，则重复对所述电池模组/电池箱进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，直至连续预定次数的放电容量总和之间的偏差不超过所述偏差阈值，则将所述连续预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
一种动力电池组的容量检测装置，包括：
荷电状态获取单元，用于根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生SOC小于荷电阈值的概率；
最低电压获取单元，用于将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；
均衡处理单元，用于对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；
容量检测单元，用于对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述均衡处理单元包括：
单体查找子单元，用于查找所述电池模组/电池箱中的最低电压电池单体；
均衡处理子单元，用于对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理；
处理完成子单元，用于若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述容量检测单元包括：
充放电子单元，用于对经过均衡处理的电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和；
容量确定子单元，用于若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述充放电子单元中的所述恒流放电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述充放电子单元中的所述恒流充电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述充放电子单元中的所述恒流充电还包括：在所述恒压充电的过程中，当充电倍率降为第二预定值时，充电终止。
在本发明所述的动力电池组的容量检测装置中，所述容量确定子单元还用于若预定次数的放电量总和之间的偏差超过所述偏差阈值，则重复对所述动力电池组进行预定次数的恒流放电和恒流充电，直至连续预定次数的放电容量总和之间的偏差不超过所述偏差阈值，则将所述连续预定次数的放电量总和的平均值确定为所述动力电池组的可用容量。
本发明的有益效果是：通过对动力电池组的历时数据进行解析，以确定存在最低电压的电池单体所在的电池模组/电池箱，并对该电池模组/电池箱进行均衡处理，再对电池模组/电池箱的容量进行检测，能够避免在电池模组/电池箱的使用过程中检测误差逐渐加大以及SOC算法存在较大误差的问题，而且具有操作简单方便、检测结果准确性较高的特点。
附图说明
图1以示例的方式示出了动力电池组的容量检测方法的流程图。
图2以示例的方式示出了对SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理的流程图。
图3以示例的方式示出了对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测的流程图。
图4以示例的方式示出了动力电池组的容量检测装置的结构图。
具体实施方式
本具体实施方式首先提出了一种动力电池组的容量检测方法，结合图1所示，所述方法包括：
步骤11根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生荷电状态SOC小于荷电阈值的概率，将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体。
由于电池单体在使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值能够反映电池单体的实际可用容量，因此在本实施例中，相应的荷电阈值可优选的设定为20％。因为电池单体在使用一段时间或长期搁置不用后的SOC若低于20％，则可初步确定该电池单体存在最低电压电池单体。上述的荷电阈值只是举例，对荷电阈值的设定并不局限于20％，任何能够反映电池单体的可用容量的数值均属于本发明的保护范围。
进一步地，由于现有的基于SOC算法存在较大的误差，因此本实施例还在该动力电池组的预定使用周期内统计发生SOC小于20％发生的概率。例如使用周期为十次充放电，若该电池单体发生SOC小于20％的次数为八次或八次以上，则可进一步确定该电池单体存在电压异常。由于各电池单体的不一致性和串联动力电池组的短板效应，在动力电池组的使用过程中，该动力电池组的总容量取决于单体电压最低的电池箱。
同时，在确定存在最低电压的电池单体后，还可以确定最低电压的电池单体在电池模组/电池箱中的位置信息，以便在对该电池模组/电池箱进行均衡处理时便于查找。
步骤12，对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理。
优选的，结合图2所示，对SOC小于20％的概率大于80％的电池单体所在的电池箱进行均衡处理的过程可以包括：
步骤21，查找所述电池模组/电池箱中存在电压异常的电池单体。
其中，在获取电池箱所在动力电池组的位置信息后，需要将该电池模组/电池箱从动力电池组中取出并进行拆解，拆解后通过查找获得最低电压电池单体。
步骤22，对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理。
其中，对于最低电压电池单体，可先单独进行均衡充放电处理，即先对该电池单体完全放电后再完全充电，最后检测其再进行完全放电过程中的放电量，并将该放电量作为该电池单体的实际可用电量。若该放电量与标称电量的偏差超过20％，则可以对该电池单体进行活化处理，以提升该电池单体的实际可用电量。
步骤23，若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
其中，对于经过均衡处理的电池单体，检测该电池单体的SOC，若大于20％，则确定该电池单体已消除电压异常，可装入电池箱进行容量检测。
步骤13，对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
优选的，结合图3所示，对动力电池组进行容量检测的过程可以包括：
步骤31，对经过均衡处理的电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和。
优选的，对电池模组/电池箱的恒流放电过程可以包括：对电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电，并可静置一段时间。
优选的，对电池模组/电池箱的恒流充电过程可以包括：对电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
进一步优选的，对电池模组/电池箱的恒流充电过程还可以包括：在恒压充电的过程中，当充电倍率降为0.05C时，充电终止。
步骤32，若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为电池模组/电池箱的实际可用容量。
优选的，可按步骤31的恒流放电的方式对该动力电池组进行若干次的完全放电，并记录每次完全放电过程的放电量总和，若三次放电量总和之间的偏差不超过2％，则将三次放电量总和的平均值确定为该电池模组/电池箱的实际可用电量。
进一步优选的，若三次的放电量总和之间的偏差超过2％，则重复对该动力电池组进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，直至连续三次的放电容量总和之间的偏差不超过2％，则可将连续三次的放电量总和的平均值确定为该电池模组/电池箱的实际可用容量。
采用本实施例提出的动力电池组的电量检测方法，通过对动力电池组的历时数据进行解析，以确定存在最低电压的电池单体所在的电池模组/电池箱，并对该电池模组/电池箱进行均衡处理，再对电池模组/电池箱的容量进行检测，能够避免在电池模组/电池箱的使用过程中检测误差逐渐加大以及SOC算法存在较大误差的问题，而且具有操作简单方便、检测结果准确性较高的特点。
下面通过具体的实施例对本发明提出的动力电池组的容量检测方法进行详细说明。
实施例一
| 单体电压/V | 3.20 | 单体容量/Ah | 60 |
| 电池总电压/V | 345.6 | 电池总容量/Ah | 300 |
| 电池总电量/kWh | 103.68 | 成组方式 | 5P12S |
| 模组数 | 45 | 箱体数 | 9 |
该动力电池组包括45组电池模组和9组电池箱，成组方式为5P12S型电池组，每个单体电池的标称电压为3.20V、容量为60Ah。从该动力电池组的历时使用数据中查找SOC小于20％的概率，例如在一年的使用时间内，将发生SOC小于20％的概率大于80％的电池单体确定为最低电压电池单体，例如有300天的使用时间该电池单体的SOC都小于20％，则确定该电池单体为最低电压电池单体。在确定存在最低电压的电池单体后，对该最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理：首先查找电池模组/电池箱中的最低电压电池单体的位置，然后对该最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理，若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理，相应的动力电池一致性标准阈值可以包括电池单体的极端电压偏差、极端电压相对偏差以及电压标准差等。最后，对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测，检测的步骤包括：对电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电，并可静置一段时间；再对电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到标称总电压的105％～115％时变为恒压充电，在恒压充电的过程中，当充电倍率降为0.05C时，充电终止。若三次的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将三次的放电量总和的平均值确定为电池模组/电池箱的实际可用容量。
本具体实施方式进一步提出了一种动力电池组的容量检测装置，结合图4所示，包括：
荷电状态获取单元41，用于根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生荷电状态SOC小于荷电阈值的概率；
最低电压获取单元42，用于将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；
均衡处理单元43，用于对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；
容量检测单元44，用于对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
优选的，在均衡处理单元43中包括：
单体查找子单元，用于查找所述电池模组/电池箱中的最低电压电池单体；
均衡处理子单元，用于对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理；
处理完成子单元，用于若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
优选的，在容量检测单元44中包括：
充放电子单元，用于对经过均衡处理的所述动力电池组按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和；
容量确定子单元，用于若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
进一步优选的，在充放电子单元中的恒流放电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电。
进一步优选的，在充放电子单元中的恒流充电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
进一步优选的，在充放电子单元中的所述恒流充电还包括：在所述恒压充电的过程中，当充电倍率降为第二预定值时，充电终止。
进一步优选的，所述容量确定子单元还用于若预定次数的放电量总和之间的偏差超过所述偏差阈值，则重复对所述动力电池组进行预定次数的恒流放电和恒流充电，直至连续预定次数的放电容量总和之间的偏差不超过所述偏差阈值，则将所述连续预定次数的放电量总和的平均值确定为所述动力电池组的可用容量。
本具体实施方式提出的动力电池组的容量检测装置中的各单元实现的功能已经在上述方法实施例中详细说明，故不再敷述。
采用本实施例提出的动力电池组的电量检测装置，通过对动力电池组的历时数据进行解析，以确定存在最低电压的电池单体所在的电池模组/电池箱，并对该电池模组/电池箱进行均衡处理，再对电池模组/电池箱的容量进行检测，能够避免在电池模组/电池箱的使用过程中检测误差逐渐加大以及SOC算法存在较大误差的问题，而且具有操作简单方便、检测结果准确性较高的特点。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
Claims (14)
1.一种动力电池组的容量检测方法，其特征在于，包括：
根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生荷电状态SOC小于荷电阈值的概率，将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；
对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；
对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
2.如权利要求1所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理包括：
查找所述电池模组/电池箱中的最低电压电池单体；
对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理；
若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
3.如权利要求1所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测包括：
对经过均衡处理的电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和；
若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
4.如权利要求3所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，所述恒流放电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电。
5.如权利要求3所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，所述恒流充电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
6.如权利要求5所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，所述恒流充电还包括：在所述恒压充电的过程中，当充电倍率降为第二预定值时，充电终止。
7.如权利要求3所述的动力电池组的容量检测方法，其特征在于，若预定次数的放电量总和之间的偏差超过所述偏差阈值，则重复对所述电池模组/电池箱进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，直至连续预定次数的放电容量总和之间的偏差不超过所述偏差阈值，则将所述连续预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
8.一种动力电池组的容量检测装置，其特征在于，包括：
荷电状态获取单元，用于根据所述动力电池组的历史充放电数据获取在预定使用周期内各电池单体发生荷电状态SOC小于荷电阈值的概率；
最低电压获取单元，用于将发生SOC小于荷电阈值的概率大于概率阈值的电池单体确定为最低电压电池单体；
均衡处理单元，用于对所述最低电压电池单体所在的电池模组/电池箱进行均衡处理；
容量检测单元，用于对经过均衡处理的电池模组/电池箱进行容量检测。
9.如权利要求8所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，所述均衡处理单元包括：
单体查找子单元，用于查找所述电池模组/电池箱中的最低电压电池单体；
均衡处理子单元，用于对所述最低电压电池单体进行均衡处理，所述均衡处理包括均衡充放电处理和/或电池活化处理；
处理完成子单元，用于若经过所述均衡处理的最低电压电池单体的SOC在充放电过程中大于动力电池一致性标准阈值，则完成对所述电池模组/电池箱的均衡处理。
10.如权利要求8所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，所述容量检测单元包括：
充放电子单元，用于对经过均衡处理的电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行预定次数的恒流放电、恒流充电和完全放电，记录每次完全放电的放电量总和；
容量确定子单元，用于若预定次数的放电量总和之间的偏差不超过偏差阈值，则将所述预定次数的放电量总和的平均值确定为所述电池模组/电池箱的实际可用容量。
11.如权利要求10所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，在所述充放电子单元中，所述恒流放电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的放电倍率进行恒流放电，直至电池管理系统自动终止放电。
12.如权利要求10所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，在所述充放电子单元中，所述恒流充电包括：对所述电池模组/电池箱按预设的充电倍率进行恒流充电，当总电压达到第一预定值时变为恒压充电。
13.如权利要求12所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，在所述充放电子单元中，所述恒流充电还包括：在所述恒压充电的过程中，当充电倍率降为第二预定值时，充电终止。
14.如权利要求10所述的动力电池组的容量检测装置，其特征在于，所述容量确定子单元还用于若预定次数的放电量总和之间的偏差超过所述偏差阈值，则重复对所述动力电池组进行预定次数的恒流放电和恒流充电，直至连续预定次数的放电容量总和之间的偏差不超过所述偏差阈值，则将所述连续预定次数的放电量总和的平均值确定为所述动力电池组的可用容量。
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