CN109975715B - 一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，包括步骤：第一步、对于电池模组，预先获得电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，以及获得电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量之间的对应关系；第二步、当需要获知任意一次充放电循环中的电池模组剩余电量时，根据电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组表面压力，然后对应获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组剩余电量。本发明可以可靠地估算电动汽车锂离子电池剩余电量，提高电动汽车在使用过程中电池剩余电量的显示精度。

Description

一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是涉及一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭，新能源产业的蓬勃发展，越来越多的锂离子电池被使用在电动汽车上。然而，锂离子电池在电动汽车上使用时，如何精准的反馈出该车电池在使用过程中的剩余电量(专业术语叫SOC，也叫荷电状态)一直是困扰电气和电池工程师的问题。

其中的原因主要是：磷酸铁锂正极材料的电池在充放电过程中电压有一段时间会非常的平缓，电压升降速率很小，不能通过电压的变化，来完全准确的去表征当前的剩余电量SOC状态，而三元正极材料制成的电池的电压与SOC的线性关系较好。

因此，目前迫切需要开发出一种方法，其可以可靠地估算电动汽车锂离子电池剩余电量，从而提高电动汽车在使用过程中电池剩余电量的显示精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，其可以可靠地估算电动汽车锂离子电池剩余电量，从而提高电动汽车在使用过程中电池剩余电量的显示精度，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，包括以下步骤：

第一步、对于由多个单体锂离子电池组成的电池模组，预先采集该电池模组在进行预设多次充放电循环的过程中，每次充放电循环所对应的电池模组表面压力，获得电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，以及预先采集该电池模组在预设某次充放电循环过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力以及对应的电池模组剩余电量SOC，获得电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系；

第二步、当需要获知任意一次充放电循环中的电池模组剩余电量时，根据电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组表面压力，然后进一步根据所示电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系，对应获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组剩余电量SOC。

其中，在第一步中，电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系为线性关系。

其中，在第一步中，通过在电池模组表面安装压力采集器，获得电池模组表面压力。

其中，在第一步中，压力采集器在安装时，垂直于电池模组中单体锂离子电池的极组方向。

其中，在第一步中，电动汽车上预先安装有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与压力采集器通过信号线相连接，所述电池管理系统BMS用于采集电池模组表面压力以及电池模组在充放电循环过程中的充电电压、放电电压。

其中，在第一步中，预设某次充放电循环具体为第4～11次充放电循环中的任意一次充放电循环。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，其可以可靠地估算电动汽车锂离子电池剩余电量，从而提高电动汽车在使用过程中电池剩余电量的显示精度，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法的流程图；

图2是本发明的实施例中，磷酸铁锂正极材料制成的电池组成的电池模组的充放电电压和压力变化曲线示意图；

图3是本发明的实施例中，三元正极材料制成的电池组成的电池模组的充放电电压和压力变化曲线示意图；

图4是本发明的实施例中，磷酸铁锂正极材料制成的电池组成的电池模组进行10次充放电循环的过程中，电池的压力变化曲线示意图；

图5是本发明的实施例中，三元正极材料制成的电池组成的电池模组进行10次充放电循环的过程中，电池的压力变化曲线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图5，本发明提供了一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，包括以下步骤：

第一步、对于由多个单体锂离子电池组成(串联或者并联)的电池模组，预先采集该电池模组在进行预设多次充放电循环的过程中，每次充放电循环所对应的电池模组表面压力，获得电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系(具体为线性关系，参见图4、图5所示)，以及预先采集该电池模组在预设某次充放电循环(例如持续进行10次充放电循环后，所进行的第11次充放电循环)过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力以及对应的电池模组剩余电量(SOC)，获得电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系；

第二步、当需要获知(如估算)任意一次(例如第30次)充放电循环中的电池模组剩余电量时，根据电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组表面压力，然后进一步根据所示电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系，对应获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组剩余电量SOC。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系为线性关系，从而可以获得电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力之间的变化曲线，例如图4、图5所示。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，根据电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系，可以获得电池模组的充放电电压和压力变化曲线，例如参见图2、图3所示。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，通过在电池模组表面安装压力采集器(即压力传感器)，获得电池模组表面压力。

具体实现上，压力采集器在安装时，垂直于电池模组中单体锂离子电池的极组方向。

需要说明的是，电池模组必须有相对稳定的结构，保证压力变化处于相对稳定的状态，并且垂直于单体电池极组方向加装高精度的压力传感器。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，电动汽车上预先安装有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与压力采集器通过信号线相连接，所述电池管理系统BMS用于采集电池模组表面压力以及电池模组在充放电循环过程中的充电电压、放电电压。其中，电池管理系统BMS可以采集电池模组在充放电循环过程中的充电电压、放电电压，为现有技术，在此不展开表述。

需要说明的是，通过BMS采集电池模组的电压和压力数值，需要采集锂离子电池模组的压力和其中单体电压的数值，实时收集数据并且数据达到±0.1％以上的精度。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，可以通过电池管理系统BMS采集数据，来标定在充电或者放电不同压力和电压下对应的SOC值。在这个过程中，需要测量动态充放电状态下电池模组的电压、压力与SOC的对应关系，和静态下电池模组的电压、压力与SOC的对应关系，例如SOC和开路电压OCV之间的关系。

需要说明的是，SOC是容量的百分比，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值。对于本发明，具体实现上，对于由多个单体锂离子电池组成(串联或者并联)的电池模组，可以先测出来一个初始容量(即非完全充满电状态下的一个电量)，然后根据不同充电(或放电)时间乘以对应的充电(或者放电)电流，就可以算出该充电(或放电)时间内电池模组的充电电量(或放电电量)，从而进一步计算出电池模组的实际容量(即等于初始容量加上充电电量，或者等于初始容量减去放电电量)，通过以下的计算公式，可以得到电池模组剩余电量SOC值。

SOC值的具体计算公式为：SOC＝电池模组的实际容量/电池模组的初始容量。

在本发明中，通过电池模组表面压力、电压与SOC的对应关系，去表征电池模组的剩余容量SOC。

在本发明中，具体实现上，在第一步中，预设某次充放电循环优选为第4～11次充放电循环中的任意一次充放电循环，也就是说，在对电池模组进行3～10次充放电循环后，再采集电池模组在充放电循环过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力以及对应的电池模组剩余电量(SOC)。这样，由于事先对电池模块进行了3～10个循环的充放电，保证了数据的稳定和数据模拟的准确性。

需要说明的是，对于本发明，电池管理系统BMS根据电池模组的循环充放电压和压力曲线，以及电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力之间的变化曲线，可以估算不同循环次数下，电池模组的压力、电压与SOC的对应关系，从而实现电池高精度SOC估算，通过建立不同循环次数下的动态和静态的各种参数的数学模型，提高SOC估算精度。

以下结合较佳实施例，对依据发明的具体实施方式详述如下：

首先将多个单体锂离子电池组成电池模组，并有坚固的结构支撑，在垂直于极组的方向加装高精度压力传感器，再将若干个模组串联组成系统安装到电动汽车中，并通过电池管理系统BMS采集电池模组电压和电池模组表面压力数值。通过图2和图3可以看出，在充放电过程中电池模组压力的变化与剩余电量SOC的对应关系较明显，避免由于电压的变化很小，而增加采集难度、降低采集精度。在使用前，事先对电池系统进行3～10个循环的充放电，通过图4和图5可以看出，在循环的过程中，随着循环次数的增加，电池模组表面压力的变化也要增加，呈现出线性关系，通过电池管理系统BMS采集数据，来标定在充电或者放电不同压力和电压下对应的剩余电量SOC值，电池管理系统BMS根据电池模组的循环充放电压和压力曲线，电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力之间的变化曲线，估算在不同循环次数下电池模组表面压力、电压与SOC的对应关系，实现电池高精度剩余电量SOC估算。

需要说明的是，对于本发明，通过实验测试，通过压力与电压结合的方式来表征SOC，计算模型相对简单，精度大大提高。

本发明利用增加压力采集的方式，完美的解决了因为铁锂电池充放电电压平台比较平无法精确的表征电池SOC状态的问题。本发明基于动态电压、静态SOC-OCV(开路电压)和压力随着不同SOC的变化而变化，确保电池管理系统BMS可以计算出高精度的SOC。

基于以上技术方案可知，本发明克服现有技术中的不足(即克服磷酸铁锂电池由于充放电过程中某段时间电压变化很小，无法精确的表征SOC)，其是一种电动汽车锂离子电池模组SOC的高精度获得方法，能够提高电动汽车在使用过程中电池电量的显示精度，有效计算汽车的续航里程，避免锂离子电池模组在使用过程中由于SOC精度差而造成锂离子电池模组充放或者过放，最终影响使用寿命

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，其可以可靠地估算电动汽车锂离子电池剩余电量，从而提高电动汽车在使用过程中电池剩余电量的显示精度，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车锂离子电池模组剩余电量的获得方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、对于由多个单体锂离子电池组成的电池模组，预先采集该电池模组在进行预设多次充放电循环的过程中，每次充放电循环所对应的电池模组表面压力，获得电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，以及预先采集该电池模组在预设某次充放电循环过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力以及对应的电池模组剩余电量SOC，获得电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系；

其中，所述锂离子电池是磷酸铁锂正极材料制成的电池或者三元正极材料制成的电池；

第二步、当需要获知任意一次充放电循环中的电池模组剩余电量时，根据电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系，获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组表面压力，然后进一步根据所述 电池模组在充放电过程中的充电电压、放电电压、电池模组表面压力和电池模组剩余电量SOC之间的对应关系，对应获得电池模组在该次充放电循环对应具有的电池模组剩余电量SOC。

2.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，在第一步中，电池模组的充放电循环次数与电池模组表面压力的对应关系为线性关系。

3.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，在第一步中，通过在电池模组表面安装压力采集器，获得电池模组表面压力。

4.如权利要求3所述的获得方法，其特征在于，在第一步中，压力采集器在安装时，垂直于电池模组中单体锂离子电池的极组方向。

5.如权利要求1所述的获得方法，其特征在于，在第一步中，电动汽车上预先安装有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与压力采集器通过信号线相连接，所述电池管理系统BMS用于采集电池模组表面压力以及电池模组在充放电循环过程中的充电电压、放电电压。

6.如权利要求1至5中任一项所述的获得方法，其特征在于，在第一步中，预设某次充放电循环具体为第4～11次充放电循环中的任意一次充放电循环。

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