CN108828455B - 车载镍氢电池包真实soc在线确定方法 - Google Patents
车载镍氢电池包真实soc在线确定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，建立(a)温度、真实荷电状态与净电压标准值的对应表、(b)温度、真实荷电状态与充电态内阻标准值的对应表及(c)温度、真实荷电状态与放电态内阻标准值的对应表，实时在线获取当前电池包的温度T、实际荷电状态SOC实、电池包实际电流I实和电池包实际电压U实，按公式(1)计算得到当前电池包的净电压标准值U净_标，根据当前电池包的温度T、净电压标准值U净_标线性插值查温度、荷电状态与净电压标准值的对应表得到电池包的真实荷电状态SOC，并将电池包的实际荷电状态SOC实修正至查表得到的真实荷电状态SOC。本发明方法，简单可行，可精确确定电池包真实SOC并修正。
Description
技术领域
本发明涉及一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法。
背景技术
车载镍氢电池包在使用过程中会逐渐容量衰减直至寿命终止，而且在混合动力车上，会有多种因素影响电池包的使用性能以及寿命，一般会通过电池管理系统等来监控电池包的使用情况，并通过电池管理系统来调整各种参数以保证电池包性能发挥正常等。而电池包SOC是电池管理系统监控参数中的一个重要参数，但电池管理系统监控到的SOC往往不是电池包的真实SOC，因此为了更有效地利用电池包并延长电池包的使用寿命，电池管理系统一般都会对测得的电池包实际SOC进行调整修正，而目前常用的控制策略中多数使用闭路电压即实时在线电压CCV和开路电压OCV来修正，但电池包在实际使用过程中，CCV是不断变化的，不同的电流会导致同一个电池包SOC下的CCV不同，因而这种传统的电压修正不能准确的体现出真实的SOC，电池管理系统对电池包的状态管理会出现误差，不能很好地达到监控目的。
发明内容
本发明旨在提供一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，方法简单可行，可依据电池包净电压标准值更为准确地查找到电池包的真实荷电状态，将电池包实际荷电状态修正至真实荷电状态，以延长电池包使用寿命。
本发明通过以下方案实现：
一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，按以下步骤进行：
Ⅰ获取电池包在不同温度、不同荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标，建立(a)温度、荷电状态与净电压标准值的对应表、(b)温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表及(c)温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表，并将三个对应表存入电池包的电池管理系统中；净电压标准值即电池包不受内阻等因素影响情况下的电池包电压值；
Ⅱ实时在线获取当前电池包的温度T、实际荷电状态SOC实、电池包实际电流I实和电池包实际电压U实，按公式(1)计算得到当前电池包的净电压标准值U净_标，根据当前电池包的温度T、净电压标准值U净_标线性插值查温度、荷电状态与净电压标准值的对应表得到电池包的真实荷电状态SOC，将电池包的实际荷电状态SOC实修正至查表得到的真实荷电状态SOC；
U净_标＝U实－I实×R………………………………………………(1)，
其中，R为电池包内阻，当电池包实际电流I实为正值时，R根据温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到；当电池包实际电流I实为负值时，R根据温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到。
所述电池包在不同温度、不同荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标的获取步骤具体为：
Ⅰ-1在一定环境温度T下，将若干个合格电池包放残电后充电至一定真实荷电状态SOC，之后执行步骤Ⅰ-2，其中环境温度T视为电池包的温度；
Ⅰ-2将电池包使用充电电流A充电一定时间t1，t1在1～15s中取任一值，记录充电结束时的电池包充电电流I1、电池包充电电压U1和电池包充电容量C1，搁置一定时间，使用放电电流B放电一定时间t2，放电电流B为0.1C～0.5C，t2＝C1/B，搁置一定时间；使用放电电流C放电一定时间t3，t3与t1相等，记录放电结束时的电池包放电电流I2、电池包放电电压U2和电池包放电容量C2，搁置一定时间，使用充电电流D充电一定时间t4，充电电流D为0.1C～0.5C，t4＝C2/D，搁置一定时间；
Ⅰ-3使用不同的充电电流A和不同的放电电流C执行步骤Ⅰ-2至少三次；在进行数据获取过程中，为方便后续表格建立，充电电流A、放电电流C一般逐次增大即后一次执行步骤Ⅰ-2使用的充电电流A、放电电流C比前一次执行步骤Ⅰ-2使用的充电电流A、放电电流C大；为了后续拟合得到更为准确的斜线，充电电流A、放电电流C会在取值范围内尽可能间隔开地取值，且执行步骤Ⅰ-2的次数稍多点会更准确；每次执行步骤Ⅰ-2中的放电电流B、充电电流D可相同，也可不同；
Ⅰ-4将步骤Ⅰ-2、Ⅰ-3记录得到的各电池包对应的电池包充电电流I1作为X值、电池包充电电压U1作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻R充和充电态净电压U净_充，取R充的平均值、U净_充的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻标准值R充_标和充电态净电压标准值U净_充_标；将步骤Ⅰ-2、Ⅰ-3记录得到的各电池包对应的电池包放电电流I2作为X值、电池包放电电压U2作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻R放和放电态净电压U净_放，取R放的平均值、U净_放的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻标准值R放_标和放电态净电压标准值U净_放_标；取U净_充_标和U净_放_标的平均值作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标；
Ⅰ-5使用不同的环境温度T、真实荷电状态SOC，按照步骤Ⅰ-1至步骤Ⅰ-4的方法，得到电池包在不同温度T、不同真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标。
所述步骤Ⅰ-2中，充电电流A在0.05mC～1mC中取值，放电电流C在0.05nC～1nC中取值，m为电池包最大充电倍率的数值，n为电池包最大放电倍率的数值。电池包最大充电倍率即电池包实现10s完成充电的最大充电能力，电池包最大放电倍率即电池包实现10s完成放电的最大放电能力。例如：某电池包最大充电倍率为10C、最大放电倍率为20C，则m为10，n为20。
所述步骤Ⅰ-2中，搁置时间为0～1min。
所述步骤Ⅰ-1中，环境温度T在－40℃～60℃中取值，电池包充电达到的真实荷电状态SOC在0～100％且不含0中取值。环境温度T的取值可根据需要进行选择若干个，例如－35℃、－25℃、0℃、25℃、35℃等，其公差一般设定为±3℃；电池包充电达到的真实荷电状态SOC的取值可根据需要进行选择，例如每间隔10％取一值、每间隔5％取一值等。
所述步骤Ⅰ-1中，电池包放残电的步骤具体为：使用0.2～0.5C放至N×(0.9～1.0V)，N为电池包中相互串联的单体电池数量；电池包充电达到真实荷电状态SOC的步骤具体为：使用充电电流E充电一定时间t5，充电电流E为0.2C～1C，时间t5＝(SOC×C)/E，其中C为电池包额定容量。
将电池包的实际荷电状态SOC实修正至查表得到的真实荷电状态SOC的方法可根据实际情况进行设计，例如：将电池包的实际荷电状态SOC实以一定增速递增或以一定减速递减至查表得到的真实荷电状态SOC。增速或减速的大小，可根据需要进行选择，例如：5％/秒、3％/秒等。
本发明的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，方法简单可行，通过将电池包充电至一定荷电状态后进行等额容量的充放电，通过等额容量充放电过程中记录得到的电池包电压值(Y值)、电池包电流值(X值)拟合得到斜线，从而计算得到电池包的充电态内阻标准值、放电态内阻标准值和净电压标准值，并建立各对应表；可依据实时在线计算得到的电池包净电压标准值，通过线性插值查表查找到电池包的真实荷电状态，电池包真实荷电状态可更为精确确定，并实时修正电池包SOC，可延长电池包使用寿命。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，按以下步骤进行：
Ⅰ获取电池包在不同温度、不同荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标，建立(a)温度、荷电状态与净电压标准值的对应表、(b)温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表及(c)温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表，并将三个对应表存入电池包的电池管理系统中；
电池包在不同温度、不同荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标的获取步骤具体为：
Ⅰ-1在一定环境温度T下，将若干个合格电池包使用0.2～0.5C放至N×(0.9～1.0V)放残电，N为电池包中相互串联的单体电池数量，放残电后使用充电电流E充电一定时间t5使得电池包达到一定真实荷电状态SOC，充电电流E为0.2C～1C，时间t5＝(SOC×C)/E，其中C为电池包额定容量，之后执行步骤Ⅰ-2，其中环境温度T视为电池包的温度；环境温度T在－40℃～60℃中取值，电池包充电达到的真实荷电状态SOC在0～100％且不含0中取值；
Ⅰ-2将电池包使用充电电流A充电一定时间t1，充电电流A在0.05mC～1mC中取值，m为电池包最大充电倍率的数值，t1在1～15s中取任一值，记录充电结束时的电池包充电电流I1、电池包充电电压U1和电池包充电容量C1，搁置一定时间，使用放电电流B放电一定时间t2，放电电流B为0.1C～0.5C，t2＝C1/B，搁置一定时间；使用放电电流C放电一定时间t3，放电电流C在0.05nC～1nC中取值，n为电池包最大放电倍率的数值，t3与t1相等，记录放电结束时的电池包放电电流I2、电池包放电电压U2和电池包放电容量C2，搁置一定时间，使用充电电流D充电一定时间t4，充电电流D为0.1C～0.5C，t4＝C2/D，搁置一定时间；搁置时间为0～1min；
Ⅰ-3使用不同的充电电流A和不同的放电电流C执行步骤Ⅰ-2四次，充电电流A、放电电流C逐次增大；
Ⅰ-4将步骤1-2、1-3记录得到的各电池包对应的电池包充电电流I1作为X值、电池包充电电压U1作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻R充和充电态净电压U净_充，取R充的平均值、U净_充的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻标准值R充_标和充电态净电压标准值U净_充_标；将步骤1-2、1-3记录得到的各电池包对应的电池包放电电流I2作为X值、电池包放电电压U2作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻R放和放电态净电压U净_放，取R放的平均值、U净_放的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻标准值R放_标和放电态净电压标准值U净_放_标；取U净_充_标和U净_放_标的平均值作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标；
Ⅰ-5使用不同的环境温度T、真实荷电状态SOC，按照步骤Ⅰ-1至Ⅰ-4的方法，得到电池包在不同温度T、不同真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标；
Ⅱ实时在线获取当前电池包的温度T、实际荷电状态SOC实、电池包实际电流I实和电池包实际电压U实，按公式(1)计算得到当前电池包的净电压标准值U净_标，根据当前电池包的温度T、净电压标准值U净_标线性插值查温度、荷电状态与净电压标准值的对应表得到电池包的真实荷电状态SOC，将电池包的实际荷电状态SOC实以3％/秒的增速递增或以3％/秒的减速递减修正至查表得到的真实荷电状态SOC；
U净_标＝U实－I实×R………………………………………………(1)，
其中，R为电池包内阻，当电池包实际电流I实为正值时，R根据温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到；当电池包实际电流I实为负值时，R根据温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到。
下面以镍氢144V6Ah电池包为例具体说明，该电池包的最大充电倍率为20C，最大放电倍率为30C，需要获取电池包在不同温度T、不同真实荷电状态SOC下对应的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标，温度T选择为－25℃、－15℃、0℃、15℃、25℃、35℃、45℃、60℃，温度公差为±3℃，真实荷电状态SOC选择为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％，以获取温度T为25℃、真实荷电状态SOC为60％下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标具体说明：
在25±3℃环境下，将5个合格电池包使用0.2C放电至1.0V，之后使用1C充电36min，使得电池包荷电状态为60％，接着按以下方式进行充放电：
(1)第一次按照步骤Ⅰ-2进行：
使用充电电流A为40A(即约6.67C)充电10s，记录此时的电池包充电电流I1_1、电池包充电电压U1_1和电池包充电容量C1_1，搁置10s，使用放电电流B为0.2C放电333.33s，搁置10s；使用放电电流C为60A(即10C)放电10s，记录此时的电池包放电电流I2_1、电池包放电电压U2_1和电池包放电容量C2_1，搁置10s，使用充电电流D为0.2C充电500s，搁置10s；
(2)第二次按照步骤Ⅰ-2进行：
将充电电流A设置为60A(即10C)、放电电流C设置为90A(即15C)，放电电流B放电的时间t2设置为500s，充电电流D充电的时间t4为750s，其余与第一次按照步骤Ⅰ-2进行的参数一致，按第一次按照步骤Ⅰ-2进行的步骤执行一次，记录得到电池包充电电流I1_2、电池包充电电压U1_2、电池包充电容量C1_2、电池包放电电流I2_2、电池包放电电压U2_2和电池包放电容量C2_2；
(3)第三次按照步骤Ⅰ-2进行：
将充电电流A设置为80A(即约13.33C)、放电电流C设置为120A(即20C)，放电电流B放电的时间t2设置为666.67s，充电电流D充电的时间t4为1000s，其余与第一次按照步骤Ⅰ-2进行的参数一致，按第一次按照步骤Ⅰ-2进行的步骤执行一次，记录得到电池包充电电流I1_3、电池包充电电压U1_3、电池包充电容量C1_3、电池包放电电流I2_3、电池包放电电压U2_3和电池包放电容量C2_3；
(4)第三次按照步骤Ⅰ-2进行：
将充电电流A设置为100A(即约16.67C)、放电电流C设置为160A(即约26.67C)，放电电流B放电的时间t2设置为500s，充电电流D充电的时间t4为1333.33s，与第一次按照步骤Ⅰ-2进行的参数一致，按第一次按照步骤Ⅰ-2进行的步骤执行一次，记录得到电池包充电电流I1_4、电池包充电电压U1_4、电池包充电容量C1_4、电池包放电电流I2_4、电池包放电电压U2_4和电池包放电容量C2_4；
将上述(1)、(2)、(3)、(4)中得到的数据，依据步骤Ⅰ-4分别线性拟合得到斜线，计算得到5个电池包在温度T为25℃、真实荷电状态SOC为60％下，其充电态内阻R充分别为152.89mΩ、152.88mΩ、152.90mΩ、152.86mΩ、152.90mΩ，其平均值约为151.89mΩ；充电态净电压U净_充分别为163.49V、163.38V、163.43V、163.47V、163.46V，其平均值约为163.45V；放电态内阻R放分别为150.06mΩ、150.08mΩ、150.12mΩ、150.06mΩ、150.09mΩ，其平均值约为150.08mΩ；放电态净电压U净_放分别为163.47V、163.40V、163.40V、163.42V、163.42V，其平均值约为163.42V；
根据上述数据，最终得到电池包在温度T为25℃、真实荷电状态SOC为60％下的充电态内阻标准值R充_标为151.89mΩ，放电态内阻标准值R放_标为150.08mΩ，净电压标准值U净_标为163.44V。
按照上述方法，改变电池包充电达到的真实荷电状态SOC，依次得到电池包在温度T为25℃下，真实荷电状态SOC分别为10％、20％、30％、40％、50％、70％、80％、90％下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标；之后再依次改变电池温度，按照相同方法，最终得到所需温度、所需荷电状态下相对应的所有的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标，根据得到的数据建立(a)温度、荷电状态与净电压标准值的对应表、(b)温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表及(c)温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表。
Claims (6)
1.一种车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：按以下步骤进行：
Ⅰ获取电池包在不同温度、不同真实荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标，建立(a)温度、真实荷电状态与净电压标准值的对应表、(b)温度、真实荷电状态与充电态内阻标准值的对应表及(c)温度、真实荷电状态与放电态内阻标准值的对应表，并将三个对应表存入电池包的电池管理系统中；
Ⅱ实时在线获取当前电池包的温度T、实际荷电状态SOC实、电池包实际电流I实和电池包实际电压U实，按公式(1)计算得到当前电池包的净电压标准值U净_标，根据当前电池包的温度T、净电压标准值U净_标线性插值查温度、荷电状态与净电压标准值的对应表得到电池包的真实荷电状态SOC，并将电池包的实际荷电状态SOC实修正至查表得到的真实荷电状态SOC；
U净_标＝U实－I实×R………………………………………………(1)，
其中，R为电池包内阻，当电池包实际电流I实为正值时，R根据温度、荷电状态与充电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到；当电池包实际电流I实为负值时，R根据温度、荷电状态与放电态内阻标准值的对应表线性插值查表得到；
所述电池包在不同温度、不同荷电状态下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标的获取步骤具体为：
Ⅰ-1在一定环境温度T下，将若干个合格电池包放残电后充电至一定真实荷电状态SOC，之后执行步骤Ⅰ-2，其中环境温度T视为电池包的温度；
Ⅰ-2将电池包使用充电电流A充电一定时间t1，t1在1～15s中取任一值，记录充电结束时的电池包充电电流I1、电池包充电电压U1和电池包充电容量C1，搁置一定时间，使用放电电流B放电一定时间t2，放电电流B为0.1C～0.5C，t2＝C1/B，搁置一定时间；使用放电电流C放电一定时间t3，t3与t1相等，记录放电结束时的电池包放电电流I2、电池包放电电压U2和电池包放电容量C2，搁置一定时间，使用充电电流D充电一定时间t4，充电电流D为0.1C～0.5C，t4＝C2/D，搁置一定时间；
Ⅰ-3使用不同的充电电流A和不同的放电电流C执行步骤Ⅰ-2至少三次；
Ⅰ-4将步骤Ⅰ-2、Ⅰ-3记录得到的各电池包对应的电池包充电电流I1作为X值、电池包充电电压U1作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻R充和充电态净电压U净_充，取R充的平均值、U净_充的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的充电态内阻标准值R充_标和充电态净电压标准值U净_充_标；将步骤Ⅰ-2、Ⅰ-3记录得到的各电池包对应的电池包放电电流I2作为X值、电池包放电电压U2作为Y值分别线性拟合得到斜线，根据各对应斜线计算得到各电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻R放和放电态净电压U净_放，取R放的平均值、U净_放的平均值分别作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的放电态内阻标准值R放_标和放电态净电压标准值U净_放_标；取U净_充_标和U净_放_标的平均值作为电池包在该温度T和真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标；
Ⅰ-5使用不同的环境温度T、真实荷电状态SOC，按照步骤Ⅰ-1至步骤Ⅰ-4的方法，得到电池包在不同温度T、不同真实荷电状态SOC下的净电压标准值U净_标、充电态内阻标准值R充_标和放电态内阻标准值R放_标。
2.如权利要求1所述的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ-2中，充电电流A在0.05mC～1mC中取值，放电电流C在0.05nC～1nC中取值，m为电池包最大充电倍率的数值，n为电池包最大放电倍率的数值。
3.如权利要求1所述的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ-2中，搁置时间为0～1min。
4.如权利要求1所述的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ-1中，环境温度T在－40℃～60℃中取值，电池包充电达到的真实荷电状态SOC在0～100％且不含0中取值。
5.如权利要求1～4任一所述的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ-1中，电池包放残电的步骤具体为：使用0.2～0.5C放至N×(0.9～1.0V)，N为电池包中相互串联的单体电池数量；电池包充电达到真实荷电状态SOC的步骤具体为：使用充电电流E充电一定时间t5，充电电流E为0.2C～1C，时间t5＝(SOC×C)/E，其中C为电池包额定容量。
6.如权利要求1～4任一所述的车载镍氢电池包真实SOC在线确定方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，将电池包的实际荷电状态SOC实修正至查表得到的真实荷电状态SOC的方法具体为：将电池包的实际荷电状态SOC实以一定增速递增或以一定减速递减至查表得到的真实荷电状态SOC。
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