一種防止鋰離子電池過(guò)放的soc在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，該方法是不依賴(lài)于放電倍率的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，通過(guò)對(duì)不同倍率放電曲線(xiàn)的處理，獲得統(tǒng)一的判定條件，并據(jù)此對(duì)電池SOC估計(jì)值進(jìn)行修正。采用該方法，能夠準(zhǔn)確地估算電池SOC，判定電池過(guò)放特征點(diǎn)，在充分利用電池電量的同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)及電動(dòng)汽車(chē)電源設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)能源日益枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，減緩全球氣候變暖，世界各國(guó)相繼提出了節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的政策。鋰離子電池具有能量密度高、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染低、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于便攜裝置儲(chǔ)能電池和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域，并逐漸向大規(guī)模太陽(yáng)能系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)峰、住家電力儲(chǔ)存設(shè)施延伸。
[0003]荷電狀態(tài)(State of Charge, S0C)是電池使用過(guò)程中一個(gè)十分重要的指標(biāo)，通常定義為電池當(dāng)前狀態(tài)下實(shí)際所能提供的電量與額定容量之比。準(zhǔn)確掌握電池的SOC值，能夠充分發(fā)揮電池的動(dòng)力性能，并有效防止電池過(guò)充和過(guò)放。對(duì)于鋰離子電池而言，頻繁和長(zhǎng)期的過(guò)充或過(guò)放都會(huì)對(duì)電池造成損害，輕則減少電池的使用壽命，重則引發(fā)爆炸等安全事故。因此，對(duì)鋰離子電池的SOC進(jìn)行準(zhǔn)確估算,一直是電池管理系統(tǒng)(Battery ManagementSystem, BMS)的重要任務(wù)，更是鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的研究重點(diǎn)。
[0004]目前電池SOC估算方法包括開(kāi)路電壓法、安時(shí)積分法、內(nèi)阻法、負(fù)載電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。其中安時(shí)積分法具有操作簡(jiǎn)便，可實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，常被采用。但其無(wú)法給出SOC初值，且在高溫狀態(tài)和電流波動(dòng)劇烈時(shí)，誤差較大。因此，人們常將安時(shí)積分法與其他方法相結(jié)合，對(duì)SOC估計(jì)值進(jìn)行修正，從而提高SOC估算的準(zhǔn)確度。比如，
【公開(kāi)日】為2013年10月09日，專(zhuān)利號(hào)為201310261830.5的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)利用負(fù)載電壓法獲得的SOC值對(duì)安時(shí)積分法計(jì)算的SOC值進(jìn)行修正；
【公開(kāi)日】為2011年07月06日，專(zhuān)利號(hào)為200980130989.5的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)將分別采用開(kāi)路電壓法和安時(shí)積分法獲得的兩個(gè)SOC值進(jìn)行加權(quán)平均，估計(jì)電池健康狀態(tài)；
【公開(kāi)日】為2013年06月05日，專(zhuān)利號(hào)為201310031309.2的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)建立了溫度、負(fù)載電壓、放電電流及電流積分的四維表單，通過(guò)查表獲得磷酸鐵鋰電池的SOC值。
[0005]上述專(zhuān)利中的方法均是針對(duì)某一放電倍率提出的。然而，實(shí)際應(yīng)用中，由于溫度、電流等因素的影響，電池的放電倍率并不恒定。因此，需要一種不依賴(lài)于放電倍率的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，判斷電池過(guò)放特征點(diǎn)并修正其SOC值，充分利用電池電量的同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)電池實(shí)際應(yīng)用中放電倍率不恒定導(dǎo)致SOC估算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，提供了一種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，該方法是不依賴(lài)于放電倍率的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，通過(guò)對(duì)不同倍率放電曲線(xiàn)的處理，獲得統(tǒng)一的判定條件，并據(jù)此對(duì)電池SOC估計(jì)值進(jìn)行修正。采用該方法，能夠準(zhǔn)確地估算電池S0C，判定電池過(guò)放特征點(diǎn)，在充分利用電池電量的同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，其特征在于:包括以下步驟:
A.獲取不同放電倍率下的V-SOC曲線(xiàn)，所述V-SOC曲線(xiàn)是以縱軸為電壓，橫軸為容量構(gòu)建的電壓一容量曲線(xiàn)；
B.以A步驟中獲得的不同放電倍率的V-SOC曲線(xiàn)為基礎(chǔ)，對(duì)相鄰采樣點(diǎn)的電壓值進(jìn)行差值計(jì)算，得到各倍率相應(yīng)的DV-SOC曲線(xiàn)，對(duì)所述DV-SOC曲線(xiàn)進(jìn)行平移和縱坐標(biāo)變換，并移至重合,將重合后的曲線(xiàn)標(biāo)記為3rd DV-SOC曲線(xiàn)；
C.根據(jù)獲得的3rdDV-SOC曲線(xiàn)，選取適當(dāng)?shù)?rd DV值，標(biāo)記出A點(diǎn)和B點(diǎn)作為SOC低值點(diǎn)與SOC高值點(diǎn)，從而得到V-SOC曲線(xiàn)中各區(qū)域的SOC閥值范圍；
D.采用安時(shí)積分法對(duì)電池SOC進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，標(biāo)記為SOCi,同時(shí)記錄電池電壓Vi，并計(jì)算相應(yīng)的3rd DV值；
E.依據(jù)步驟D中的Vi^rdDV及步驟C給出的SOC閾值范圍對(duì)步驟D中的SOCi值進(jìn)行修正，最終輸出修正后的SOC。
[0008]所述的步驟A中的不同放電倍率下的V-SOC曲線(xiàn)的獲得，包括以下步驟: al.將電池充滿(mǎn)電，電壓達(dá)到最高電壓，電流達(dá)到最小電流；
a2.使用電池測(cè)試柜，測(cè)量并記錄充滿(mǎn)電的電池在不同放電倍率下，電池電壓隨放電時(shí)間的變化情況，以及電池放出電量隨放電時(shí)間的變化情況；
a3.根據(jù)上述電池放出電量隨放電時(shí)間的變化情況，結(jié)合SOC的計(jì)算公式，
【權(quán)利要求】
1.一種防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，其特征在于:包括以下步驟: A.獲取不同放電倍率下的V-SOC曲線(xiàn)，所述V-SOC曲線(xiàn)是以縱軸為電壓，橫軸為容量構(gòu)建的電壓一容量曲線(xiàn)； B.以A步驟中獲得的不同放電倍率的V-SOC曲線(xiàn)為基礎(chǔ)，對(duì)相鄰采樣點(diǎn)的電壓值進(jìn)行差值計(jì)算，得到各倍率相應(yīng)的DV-SOC曲線(xiàn)，對(duì)所述DV-SOC曲線(xiàn)進(jìn)行平移和縱坐標(biāo)變換，并移至重合,將重合后的曲線(xiàn)標(biāo)記為3rd DV-SOC曲線(xiàn)； C.根據(jù)獲得的3rdDV-SOC曲線(xiàn)，選取適當(dāng)?shù)?rd DV值，標(biāo)記出A點(diǎn)和B點(diǎn)作為SOC低值點(diǎn)與SOC高值點(diǎn)，從而得到V-SOC曲線(xiàn)中各區(qū)域的SOC閥值范圍； D.采用安時(shí)積分法對(duì)電池SOC進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，標(biāo)記為SOCi,同時(shí)記錄電池電壓Vi，并計(jì)算相應(yīng)的3rd DV值； E.依據(jù)步驟D中的Vi^rdDV及步驟C給出的SOC閾值范圍對(duì)步驟D中的SOCi值進(jìn)行修正，最終輸出修正后的SOC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，其特征在于:所述的步驟A中的不同放電倍率下的V-SOC曲線(xiàn)的獲得，包括以下步驟: al.將電池充滿(mǎn)電，電壓達(dá)到最高電壓，電流達(dá)到最小電流； a2.使用電池測(cè)試柜，測(cè)量并記錄充滿(mǎn)電的電池在不同放電倍率下，電池電壓隨放電時(shí)間的變化情況， 以及電池放出電量隨放電時(shí)間的變化情況； a3.根據(jù)上述電池放出電量隨放電時(shí)間的變化情況，結(jié)合SOC的計(jì)算公式，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，其特征在于:所述步驟B中3rd DV-SOC曲線(xiàn)的獲得包括如下步驟: bl.計(jì)算不同放電倍率下的DV-SOC曲線(xiàn)，其中DV=k' (V1-Vw)，k為任意常數(shù)，Vi為前一時(shí)刻測(cè)量的電壓值，Vi+1為后一時(shí)刻測(cè)量的電壓值,DV表不V-SOC曲線(xiàn)中相鄰兩個(gè)米樣點(diǎn)的電壓差值關(guān)系； b2.將不同放電倍率下的DV-SOC曲線(xiàn)，以IC放電倍率的DV-SOC曲線(xiàn)為基準(zhǔn)作平移，使各倍率DV-SOC曲線(xiàn)的平臺(tái)區(qū)域重合，將平移后的曲線(xiàn)標(biāo)記為level DV-SOC曲線(xiàn)；其中l(wèi)evel DV為DV經(jīng)平移變換后的值，所述平臺(tái)區(qū)域?yàn)镈V隨SOC值變化極小的區(qū)域； b3.將不同放電倍率下的level DV-SOC曲線(xiàn)，以IC放電倍率的level DV-SOC曲線(xiàn)為基準(zhǔn)，將縱坐標(biāo)縮小，得不同放電倍率下的3rd DV-SOC曲線(xiàn)；縮小公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鋰離子電池過(guò)放的SOC在線(xiàn)檢測(cè)與修正方法，其特征在于:所述的步驟E中對(duì)SOCi值的修正過(guò)程，包括以下步驟:Cl.根據(jù)檢測(cè)的Vi值及相應(yīng)的3rd DV計(jì)算值，判斷電池在步驟A所述的V-SOC曲線(xiàn)中的所處區(qū)域； c2.比較安時(shí)積分法檢測(cè)的SOCi值與上述步驟判斷的電池所處區(qū)域的SOC閾值范圍，判斷是否進(jìn)行修正； c3.若SOCi值在閾值范圍內(nèi)，則不進(jìn)行修正，修正值SOC=SOCi ；c4.若SOCi值不在閾值范圍內(nèi)，則根據(jù)上述步驟Cl所述的電池在V-SOC曲線(xiàn)中的所處區(qū)域及相應(yīng)的SOC閾值范圍進(jìn)行修正，修正算法如下: (1)電池處在B點(diǎn)左側(cè)，修正值SOC=SOC1； (2)電池處在B點(diǎn)右側(cè)，修正值S0C=S0C1-a； (3)電池處在A(yíng)點(diǎn)右側(cè)，修正值SOC=SOCci； (4)電池處在A(yíng)點(diǎn)左側(cè)，修正值SOC=SOCfb； 上面所述的SOC1和SOCtl為電池 的SOC高點(diǎn)閾值與SOC低點(diǎn)閾值，a和b為SOC修正量。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103884994SQ201410074838
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】蔣興莉, 謝皎, 阮曉莉, 蔣正偉 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司