CN109581228B - 电池组绝对容量快速计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池组绝对容量快速计算方法，涉及电池组技术领域。该发明通过首先在电池管理系统中输入电池组的初始参数；电池管理系统通过数据采集板检测电池组的参数，并传输给控制单元；控制单元根据参数进行计算得出绝对容量值。主要解决了省时及时、方便快速的判断电池组绝对容量，判断电池组状态和可工作性技术问题。该发明能保证系统的管理效率，又能将电池的性能发挥到极致；快速高精度的绝对容量估算可以有效地降低所需要的电池成本。

Description

电池组绝对容量快速计算方法

技术领域

本发明涉及电池组技术领域，尤其涉及一种电池组绝对容量快速计算方法。

背景技术

电池管理系统(简称BMS)是智能电池组的核心技术，广泛应用在各种电池包或电池组中，特别是电动汽车的电池组中。BMS主要具有电池参数(单体电压、内阻和温度和总电压总电流)检测功能，充放电保护和热管理功能，以及充放容量计算、荷电状态(也叫剩余容量，英文全称为State of Charge，缩写为SOC)估算及个电池状态评估等功能。

BMS算法的核心内容是SOC评估算法。新能源汽车通过SOC，可以知道汽车目前的电量状态，如果没有准确的SOC，会出现的情况：1、过充、过放情况，导致电池寿命缩短，汽车行驶中趴窝等；2、均衡效果不理想，输出功率和动力性能降低；3、设置过多冗余电量，使整体能量输出减少；所以SOC的精确估算意义重大，对车主而言，SOC直接反应的是当下的电量状态，和还能行驶多远的距离，从而确保能顺利抵达目的地；对电池本身而言，SOC的精确估计背后涉及开路电压、瞬时电流、充放电倍率、环境温度、电池温度、停放时间、自放电率、库伦效率、电阻特性、SOC初值、DOD(放电深度)等的非线性影响，这些外在特性受不同材料、不同工艺等的影响，并且彼此间相互影响。所以精确估计SOC数值变得非常重要，其算法也是相关企业的核心竞争力之一。

发明内容

本发明其中一个目的是为了提出一种电池组绝对容量快速计算方法，解决了现有技术中电池组容量难以估算和判断性能的技术问题。本发明优选实施方案中能够达到诸多有益效果，具体见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明的电池组绝对容量快速计算方法，首先通过在电池管理系统中输入电池组的初始参数，初始参数包括电池组的型号、初始电池容量、电池标称容量、生产日期、额定容量等信息；电池管理系统再通过数据采集板检测电池组的参数，并传输给控制单元，参数包括单体电压、单体内阻、工作温度和总电压总电流；控制单元根据参数计算日历寿命系数η₁、循环寿命系数η₂、温度系数η₃、工况系数η₄、开路电压系数η₅、内阻系数η₆、充电倍率系数η₇、纵向对比修正系数η₈、国家标准容量SOC_B；控制单元再计算电池绝对容量SOC_A，计算公式为SOC_A＝η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆*η₇*η₈*100％。

进一步的，电池日历系数η₁是根据电池日历剩余寿命所确定的，即按照电池日历寿命从生产之日到寿命终止的这段时间逐渐衰减所对应的系数，电池日历系数范围为0.95到1。

进一步的，循环寿命系数η₂是电池当前有效容量衰减至额定容量的80％时，电池充放电循环次数所确定的；循环寿命系数范围为0.95到1。

进一步的，温度系数η₃根据电池使用温度范围来设置；温度范围为-20℃到60℃，温度系数范围为0.98到1。

进一步的，工况系数η₄是根据电池使用的放电电流来设置；放电电流大于等于0.3C时，工况系数为1；放电电流范围为0.3C至1C时，工况系数范围为0.98到1；放电电流大于等于1C时，工况系数为0.98。

进一步的，开路电压系数η₅是以电池组充满后电池最小开路电压与不同电池容量对应的开路电压进行比较所确定的；电池最小开路电压小于等于70％电池容量时，开路电压系数是0.95；电池最小开路电压范围是70％电池容量至95％电池容量时，开路电压系数范围是0.95至1；电池最小开路电压大等于95％电池容量时，开路电压系数是1。

进一步的，内阻系数η₆是以电池内阻现值与初值比值所确定的，比值小等于2时，内阻系数为1；比值范围为2至5时，内阻系数范围为0.98到1；比值大等于5时，内阻系数为0.98。

进一步的，充电倍率系数η₇以电池充电电流倍率来判断的，充电倍率小等于0.3C时，充电倍率系数为1；充电倍率范围为0.3C至1C时，充电倍率系数范围为0.98到1；充电倍率大于等于1C时，充电倍率系数为0.98。

进一步的，纵向对比修正系数η₈是用国家标准充放电容量法对电池充放电得到的容量与绝对值容量的比值所确定的。

进一步的，纵向对比修正系数的范围是0.8至1.25。

本发明提供的电池组绝对容量快速计算方法至少具有如下有益技术效果：

电池组的绝对容量，即SOC，是电池管理系统中最核心的参数，因为其他一切都是以绝对容量为基础的，所以它的精度和健壮性极其重要。本发明的电池组绝对容量快速计算方法，涉及了八个参数，分别是日历寿命系数η₁、循环寿命系数η₂、温度系数η₃、工况系数η₄、开路电压系数η₅、内阻系数η₆、充电倍率系数η₇、纵向对比修正系数η₈。本发明全面考虑到了电池组方方面面的影响因素，并都计算在其中，从而提高了计算出的绝对容量值的精度，还可方便快速地判断电池组绝对容量，判断电池组状态和可工作性。绝对容量值精度越高，对于相同容量的电池，可以有更高的续航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

电池组绝对容量快速计算方法是在电池管理系统中输入电池组的初始参数；电池管理系统通过数据采集板检测电池组的参数，并传输给控制单元；参数包括单体电压、内阻，工作温度和总电压总电流；控制单元根据参数进行计算：日历寿命系数η₁，循环寿命系数η₂，温度系数η₃，工况系数η₄，开路电压系数η₅，内阻系数η₆，充电倍率系数η₇，纵向对比修正系数η₈，电池绝对容量SOC_A，国家标准容量SOC_B，SOC_A＝η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆*η₇*η₈*100％。

η₁-η₇按其影响力不同或权重不同，分配0.95-1之间不等的系数，其中以日历寿命系数η₁、循环寿命系数η₂以及开路电压系数η₅对电池影响最大，最大衰减系数到0.95，其他η₃、η₄、η₆和η₇，最大衰减系数到0.98。因此，日历寿命系数η₁、循环寿命系数η₂以及开路电压系数η₅的范围是1到0.95；温度系数η₃、工况系数η₄、内阻系数η₆、充电倍率系数η₇的范围是1到0.98；纵向对比修正系数η₈的范围是0.8-1.25。

电池日历寿命系数η₁，按电池日历寿命来评估，若到寿命到，对应系数衰减到0.95。例如设计寿命5年，那每满1年，衰减0.01。

电池循环寿命系数η₂，按电池循环寿命来评估，若到寿命到，对应系数衰减到0.95。例如循环寿命1000次，那每满200次，衰减0.01。

温度系数η₃，以电池使用的适宜的温度来确定的，不同电池使用的适宜温度是不同的，温度范围为-20℃到60℃，温度系数范围为0.98到1。实例如下：温度范围为-20℃至-5℃，温度系数为0.98；温度范围为-5℃至10℃，温度系数为0.99；温度范围为10℃至40℃，温度系数为1；温度范围为40℃至50℃，温度系数为0.99；温度范围为50℃至60℃，温度系数为0.98。例如10-40℃，η₃定为1。

工况系数η₄，以电池使用的放电电流来计算的，按统计或平均电流，可以确定工况系数。电池最小开路电压小于等于70％电池容量时，开路电压系数是0.95；电池最小开路电压范围是70％电池容量至95％电池容量时，开路电压系数范围是0.95至1；电池最小开路电压大等于95％电池容量时，开路电压系数是1。工况系数实例如下：放电电流大于等于0.3C时，工况系数为1；放电电流范围为0.3C至1C时，工况系数范围为0.98到1；放电电流大于等于1C时，工况系数为0.98。更加细致的放电电流工况系数如下：放电电流大于等于0.3C时，工况系数为1；放电电流0.3C至0.5C时，工况系数为0.995；放电电流0.5C至1C时，工况系数为0.99；放电电流大于等于1C时，工况系数为0.98。例如≤0.3C，η₄定为1。

开路电压系数η₅，以电池组充满后电池最小开路电压与不同荷电状态(SOC)对应的开路电压进行比较所确定的。电池最小开路电压小于等于70％电池容量时，开路电压系数是0.95；电池最小开路电压范围是70％电池容量至95％电池容量时，开路电压系数范围是0.95至1；电池最小开路电压大等于95％电池容量时，开路电压系数是1。开路电压系数实例如下：电池最小开路电压小于等于70％电池容量时，开路电压系数是0.95；电池最小开路电压范围是70％电池容量至75％电池容量时，开路电压系数是0.96；电池最小开路电压范围是75％电池容量至85％电池容量时，开路电压系数是0.97；电池最小开路电压范围是85％电池容量至90％电池容量时，开路电压系数是0.98；电池最小开路电压范围是90％电池容量至95％电池容量时，开路电压系数是0.99；电池最小开路电压大等于95％电池容量时，开路电压系数是1。例如OCVmin≤OCV70％，η₅定为1。

内阻系数η₆，以电池内阻现值与初值比值来计算的，比值小等于2时，内阻系数为1；比值范围为2至5时，内阻系数范围为0.98到1；比值大等于5时，内阻系数为0.98。内阻系数系数实例如下：比值小等于2时，内阻系数为1；比值范围为2至3时，内阻系数为0.995；比值范围为3至5时，内阻系数为，0.99；比值大等于5时，内阻系数为0.98。例如≤2，η₆定为1。

充电倍率系数η₇，以电池充电电流倍率来判断，一般，充电机恒流充电电流固定，充电倍率系数就固定。充电倍率小等于0.3C时，充电倍率系数为1；充电倍率范围为0.3C至1C时，充电倍率系数范围为0.98到1；充电倍率大于等于1C时，充电倍率系数为0.98。充电倍率系数实例如下：充电倍率小等于0.3C时，充电倍率系数为1；充电倍率范围为0.3C至0.5C时，充电倍率系数为0.995；充电倍率范围为0.5C至1C时，充电倍率系数为0.99；充电倍率大于等于1C时，充电倍率系数为0.98。例如≤0.3C，η₇定为1。

纵向对比修正系数η₈是用国家标准法对电池充放电得到的容量与绝对值容量的比值来确定的，绝对值容量是通过电池管理系统所测得的，而此处的比值是采用电池管理系统中上一次所测得的绝对容量值。纵向对比修正系数范围为0.8至1.25，纵向对比修正系数，最初时候为1。当经过充放电维护后，特别是获得按国家标准满充后放出的电池容量，获得新的容量值，即为SOC_B。上一次经过电池管理系统测得绝对容量值，即为SOC_A。因此，纵向对比修正系数η₈的计算公式为η₈＝SOC_B/SOC_A。一般的，在电池管理系统测试中，纵向对比修正系数都设置为1。

一般新电池时为100％，使用一段时间后电池实际满充容量会出现衰减，当前有效容量会逐渐减小，在电池整个使用寿命周期内，绝对容量值(SOC_A)会由100％衰减到80％。按国标，当SOC_A衰减到80％，认为电池寿命结束。

实施例1：

假设一电池组2013年1月1日生产，2013年1月1日放入电子管理系统检测，电池日历寿命系数为1；循环寿命1000次，未使用次数，电池循环寿命为系数为1。该电池放入电池管理系统中检测绝对容量值，电池管理系统测出，温度系数为30℃，温度系数为1；放电电流为0.3C，工况系数为1；最小开路电压为95％，开路电压系数为1；内阻现值与初值比为2，内阻系数为1；充电倍率为0.3C，充电倍率系数为1；终向对比修正系数为1。根据电池绝对容量SOC_A计算公式为SOC_A＝η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆*η₇*η₈*100％，因此该情形的电池组绝对容量SOC_A＝1*1*1*1*1*1*1*1*100％＝100％。

实施例2：

假设一电池组有5年寿命，2013年1月1日生产，2018年1月1日放入电子管理系统检测，电池日历寿命系数为0.95；循环寿命1000次，使用500次，电池循环寿命为系数为0.975。该电池放入电池管理系统中检测绝对容量值，电池管理系统测出，温度系数为60℃，温度系数为0.98；放电电流为1C，工况系数为0.98；最小开路电压为70％，开路电压系数为0.95；内阻现值与初值比为5，内阻系数为0.98；充电倍率为1C，充电倍率系数为0.98；终向对比修正系数为1。根据电池绝对容量SOC_A计算公式为SOC_A＝η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆*η₇*η₈*100％，因此该情形的电池组绝对容量SOC_A＝0.95*0.975*0.98*0.98*0.95*0.98*0.98*0.8*100％＝81.2％。

若该条件下，终向对比修正系数为0.8，因为终向对比修正系数为0.8，表示该电池寿命已技术,，无需再进行测算。

实施例3：

假设一电池组有5年寿命，已用3年寿命，电池日历寿命系数为0.97；循环寿命1000次，已经使用1000次，电池循环寿命为系数为0.95。该电池放入电池管理系统中检测绝对容量值，电池管理系统测出，温度系数为45℃，温度系数为0.99；放电电流为0.75C，工况系数为0.99；最小开路电压为83％，开路电压系数为0.97；内阻现值与初值比为3.5，内阻系数为0.99；充电倍率为0.65C，充电倍率系数为0.99；终向对比修正系数为1。根据电池绝对容量SOC_A计算公式为SOC_A＝η₁*η₂*η₃*η₄*η₅*η₆*η₇*η₈*100％，因此该情形的电池组绝对容量SOC_A＝0.97*0.95*0.99*0.99*0.97*0.99*0.99*1*100％＝85.9％。

该条件下，终向对比修正系数为1.25，该情形的电池组绝对容量SOC_A＝107％，该结果与实际情况不符，表明该电池已损坏。

此外，电池管理系统是现有存在的对电池进行管理的系统，通常具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。随着技术发展，已经逐渐增加许多功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种电池组绝对容量快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在电池管理系统中输入电池组的初始参数；

步骤二：电池管理系统通过数据采集板检测电池组的参数，并传输给控制单元；参数包括单体电压、单体内阻、工作温度和总电压总电流；

步骤三：控制单元根据参数计算日历寿命系数η₁、循环寿命系数η₂、温度系数η₃、工况系数η₄、开路电压系数η₅、内阻系数η₆、充电倍率系数η₇、纵向对比修正系数η₈、国家标准容量SOC_B；

步骤四：控制单元计算电池绝对容量SOC_A；计算公式为SOC_A=η_1*η_2*η_3*η_4*η_5*η_6*η_7*η_8*100%；

电池日历系数η₁是根据电池日历剩余寿命所确定的，电池日历系数范围为0.95到1；

循环寿命系数η₂是电池当前有效容量衰减至额定容量的80%时，电池充放电循环次数所确定的；循环寿命系数范围为0.95到1；

温度系数η₃根据电池使用温度范围来设置；温度范围为-20℃到60℃，温度系数范围为0.98到1；

工况系数η₄是根据电池使用的放电电流来设置；放电电流大于等于0.3C时，工况系数为1；放电电流范围为0.3C至1C时，工况系数范围为0.98到1；放电电流大于等于1C时，工况系数为0.98；

开路电压系数η₅是以电池组充满后电池最小开路电压与不同电池容量对应的开路电压进行比较所确定的；电池最小开路电压小于等于70%电池容量时，开路电压系数是0.95；电池最小开路电压范围是70%电池容量至95%电池容量时，开路电压系数范围是0.95至1；电池最小开路电压大等于95%电池容量时，开路电压系数是1；

内阻系数η₆是以电池内阻现值与初值比值所确定的，比值小等于2时，内阻系数为1；比值范围为2至5时，内阻系数范围为0.98到1；比值大等于5时，内阻系数为0.98；

充电倍率系数η₇以电池充电电流倍率来判断的，充电倍率小等于0.3C时，充电倍率系数为1；充电倍率范围为0.3C至1C时，充电倍率系数范围为0.98到1；充电倍率大于等于1C时，充电倍率系数为0.98；

纵向对比修正系数η₈是用国家标准充放电容量法对电池充放电得到的容量与绝对值容量的比值所确定的。

2.根据权利要求1所述的电池组绝对容量快速计算方法，其特征在于，纵向对比修正系数的范围是0.8至1.25。