CN104597405A - 一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，首先在放电电流恒定的情况下用插值法得到OCV-SOC曲线的函数表达式，使用中通过设定道路情况，来选择误差最小的曲线参考表；其次，测出锂电池满电状态时的开路电压以及外接负载下的电流值，由回路电流值，负载大小，负载电压和开路电压得出锂离子电池的内阻，同时记录电池充放电的总次数；锂电池工作时，每隔T1时刻采集锂电池工作回路电流和电池两端的电压，根据内阻换算得到等效电容的电压，将电压做差值运算，电流对时间做积分运算，计算两者比值，对照新提出的参考曲线，可得剩余电压。

Description

一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及锂离子电池电量检测技术。

背景技术

随着人口的增长和石油资源的消耗，环保越来越受到人们的关注。电动汽车由于使用电能这种清洁的二次能源，在环保和经济方面都比传统燃油汽车有优势。目前电动汽车的充电站少，电动汽车的续驶里程短，这些问题容易给电动汽车用户带来不便和心里焦虑。这种情况下，电池管理技术中的剩余电量检测技术能给用户带来非常重要的信息。

传统的锂电池剩余电量检测的方法主要有开路电压OCV与电荷状态SOC的关系曲线法。OCV-SOC曲线与锂电池对外放电电流大小有关。在电动汽车运行的过程中，由于电流的剧烈变化等其他因素，导致估计不准。

另外用得比较多的锂电池电量检测方法，是通过电流传感模块监控锂电池充电和放电过程中的电流值，然后对其积分，得到电量。剩余电量的计算方法是已充电量减去已用电量。这种检测方法直观，但是长时间的积分会造成较大的累计误差。

随着锂电池充放电次数的增加，锂电池的内阻会变大，总储电量也会降低。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明提供一种电动汽车用锂离子电池电量的检测方法。

该方法相配套的检测系统包括锂电池内阻检测模块、电压检测模块、电量检测模块和MCU数据处理模块。

锂电池内阻检测模块用于检测锂电池的内阻。由于随着锂电池充放电次数的增加，电池内部电阻会显著增大，但同一个充电周期的锂电池内阻可以当作恒定不变。

电压检测模块用于在T1时刻开始和结束分别测出电池电压，称作第一电压和第二电压。将所述的第一电压与第二电压相减即可得到T1时间段的电压变化。

电量检测模块用于在T1时刻开始和结束分别测出电池向外提供的电流。在T1时间段内对电流积分可得T1时间段内使用的电量。

MCU数据处理模块用于接收电压测量模块和电量测量模块传来的数据，将第一电压和第二电压相减可得T1时间段的电压变化，将T1时刻的锂电池向外提供的电流积分可得T1时间段的使用电量。将电压变化和T1时刻使用的电量相除得到dU/dC，根据曲线得到电池的剩余电量。

该电动汽车用锂电池电池电量的检测方法包括如下步骤：

步骤1，获得参考曲线；

在放电电流恒定的情况下，用插值法得到OCV-SOC曲线的函数表达式，记为OCV＝f(Creal/Cmax)，其中，Creal为当前剩余容量，Cmax为额定剩余容量；然后两边同时对Creal求导，得dOCV/dCreal＝f’(Creal/Cmax)/Cmax，这就是本发明的参考曲线；

为提高预测精度，获得多条锂电池不同的放电电流下求导曲线；

另外，锂电池充放次数增加到一定程度，应及时更新曲线参考表为最精确的参考曲线表；

步骤2，周期开始时锂电池内阻的测量；

当锂电池充满电后手动接上开关，测出锂电池满电情况下外接一固定负载情况下回路的电流值，手动弹开开关，测出满电状态下的开路电压。由回路电流值，负载大小和开路电压得出锂离子电池的内阻。此值更新MCU中的内阻值供后续计算，同时更新的次数也用于记录电池充放电的总次数；

步骤3，设定运行路况；

因为电动汽车在不同的路况下行驶的速度不同，电池放电电流也不同，根据不同行驶情况，选择不同工作电流下的求导曲线；

步骤4，获得运行过程电压变化；

在锂电池工作的时候，每隔T1时刻便对锂电池工作回路电流和电池两端的电压进行采集，称作第一电流、第二电流和第一电压、第二电压；根据内阻和第一电压、第一电流和第二电压、第二电流可得到第一电容等效电压和第二电容等效电压，将第一电容等效电压和第二电容等效电压做差值运算，得到电压差dU；

步骤5，获得电池剩余电量；

根据第一电流和第二电流及时间段T1建立斜线模型，通过求梯形面积得到T1时间段用电量dC，计算dU/dC，对照参考曲线，得到剩余电量。

附图说明

图1为锂电池内阻测量原理图

图2为工作中锂电池电压检测模块和电量检测模块原理图

图3为T1时间段电量计算的建模图

图4为锂电池在不同放电电流下的OCV-SOC曲线

图5为开路电压对电量的一次导数与剩余电量之间的关系曲线

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

以下通过附图和实施例，对本发明专利方案做进一步描述。

本发明专利提供的电池电量检测方法和系统，采用在电池两端外接检测电路。对于内阻检测模块，如图1，每一次充电完成后先测电池的开路电压E，然后手动将开关S闭合，外接电阻，测出固定负载R两端电压U和回路电流I。可得内阻R0＝(E-U)/I。测完后断开S。得到本周期的内阻R0，将这个值传递给MCU。

在电动汽车工作时，可以利用这个内阻值和电池两端的实时电压，换算出等效电容的电压值。这样就不需要在开路情况下测电池两端的电压。

由于前一次完全充放电和下一次充放电完成后电池内阻相差并不大，并不强制每次完全充电后都测内阻。

另外为准确记录完全充放电次数，开关S设置成手动。

图1中C代表电池的等效电容，Rp和Rn代表电池阳极和阴极电阻。内阻R0＝Rp+Rn。

工作中，锂电池电压检测模块定期对锂电池两端的电压和电流进行采样，T1时刻开始时采样得锂电池两端电压为U1，工作电流为I1，根据本周期的内阻值R0，可以计算得到等效电容两端的电压E1＝U1+I1*R0。同理可得T1时刻末的电池等效电容电压值E2。最终得到T1时刻内的电容电压差ΔU＝E1-E2。

电量检测模块，分别在T1时刻开始和结束时采样电池工作回路电流I1和I2。T1时间段内电流变化按线性建模。则T1时间段内的用电量C由积分运算退化为梯形面积计算。所得结果记为ΔC。

同理在T1到2T1时间段内采样电池工作回路电流I2和I3，可计算得到该时间段的电容电压差和用电量

OCV-SOC曲线描述的是电池开路电压与剩余电量百分比的对应关系。SOC＝Creal/Cmax。Creal为实际剩余容量，Cmax为额定容量,同个放电周期为常数。OCV-SOC曲线满足关系式OCV＝f(Creal/Cmax)，曲线f可导，dOCV/dCreal＝f’(Creal/Cmax)*(1/Cmax)，得到开路电压对电量的一次导数与剩余电量之间的关系曲线，而dOCV/dCreal＝ΔE/ΔC＝(E1-E2)/ΔC＝ΔU/ΔC。

根据ΔU、ΔC的数值，依照OCV-SOC曲线，可计算出Creal。

本发明提出的电池剩余电量测量方法依赖于关系曲线。因此关系曲线的准确性直接决定了这种测量方法的准确性。由于关系曲线受温度、放电电流、电池老化程度等因素的影响，本发明提出电动汽车电池剩余电量检测因根据电动汽车行驶在不同的道路和电池充放电次数的不同而使用不同的曲线。具体来说，电动汽车行驶在不同的路况下，比如城市道路和高速路上(如果有一天电动汽车能上高速)或者乡间路况良好的道路上，应该采用不同的曲线。城市道路比较拥挤，并且限速，因此锂电池工作电流小，路况良好的道路上相对通畅，电动汽车运行的速度会更高，锂电池工作电流相对来说比较大。另外，每次完整的充放电后，MCU内应该记录电池总的充放电次数。到一定程度后应该及时更新MCU内部的曲线表格，避免因电池老化出现剩余电量估计不准的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获得求导参考曲线；

步骤2，获得一个周期开始时的锂离子电池内阻；

步骤3，设定运行路况；

步骤4，获得运行过程电压变化；

步骤5，通过电压和电量变化获得电池剩余电量。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，所述的求导参考曲线获得步骤具体包括：

步骤1，在恒定电流放电情况下测得锂离子电池开路电压OCV与电荷状态SOC数据，用插值法得到OCV-SOC表达式；

步骤2，将表达式两边对当前剩余容量Creal求导，得到参考曲线；

步骤3，对不同锂电池在不同放电电流下多次测量，获得多条求导曲线。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，所述的一个周期开始时锂离子电池内阻的获得步骤具体包括：

在锂离子电池充电完成后，运行前，测出锂电池在负载情况下回路电流I和负载两端电压U，再测得开路电压E，可得锂离子电池内阻为R0＝(E-U)/I，并将此内阻值存入微控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，所述的运行路况的设定步骤具体包括：

根据不同的路况下的行驶速度，选择不同工作电流下的参考曲线。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，所述的运行过程电压变化获得的步骤具体包括：

步骤1，在电池工作状态下，在T1时间段开始和结束时，分别测出电池工作回路电流和电池两端电压，称作第一电流、第二电流和第一电压、第二电压；

步骤2，根据内阻和第一电压、第一电流和第二电压、第二电流，得到第一电容等效电压和第二电容等效电压；

步骤3，将第一电容等效电压和第二电容等效电压做差值运算，得到运行过程电压变化dU。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车用锂离子电池电量检测方法，其特征在于，所述的通过电压和电量变化获得电池剩余电量的步骤具体包括：

步骤1，根据第一电流和第二电流及时间段T1建立斜线模型，通过求梯形面积得到T1时间段用电量dC；

步骤2，计算dU/dC，对照参考曲线，得到剩余电量。