船用鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種船用鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正裝置及方法，由SOC計(jì)算環(huán)節(jié)基于安時(shí)計(jì)量法對(duì)各組電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，利用SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)基于交流內(nèi)阻法對(duì)SOC計(jì)算環(huán)節(jié)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償校正，所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)每隔一段時(shí)間工作；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)工作時(shí)，向外輸出補(bǔ)償后的結(jié)果作為SOC輸出信號(hào)；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)不工作時(shí)，向外輸出SOC計(jì)算環(huán)節(jié)以安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)作為SOC輸出信號(hào)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，矯正精確度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。適用于對(duì)電池功率需求較大，電壓較高的船用鋰電池組。
【專(zhuān)利說(shuō)明】船用鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別涉及一種船用鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界范圍內(nèi)對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高，以鋰離子電池作為主要?jiǎng)恿δ茉吹碾娏ν七M(jìn)內(nèi)河船舶應(yīng)運(yùn)而生。相對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，電力推進(jìn)內(nèi)河船舶的動(dòng)力電池容量大，電池組數(shù)量多，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，在正常航行推進(jìn)工況下，要求能夠?qū)崟r(shí)正確檢測(cè)電池的剩余電量，以控制船舶的續(xù)航里程和航速。所以船用鋰離子電池的剩余電量的測(cè)量與計(jì)算裝置應(yīng)考慮多電池組整體的測(cè)量方法。在現(xiàn)有S0C(State of charge荷電狀態(tài))測(cè)量方法中，安時(shí)計(jì)量法的誤差會(huì)隨著用電時(shí)間增加而累積，開(kāi)路電壓法和內(nèi)阻法數(shù)學(xué)關(guān)系較復(fù)雜不適合多組電池實(shí)時(shí)在線測(cè)量，智能算法要求精確數(shù)學(xué)模型及繁瑣的智能運(yùn)算。
[0003]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200510094755.3公開(kāi)了 一種修正安時(shí)計(jì)量法，但其中用于修正的電壓值在線估計(jì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，造成修正誤差。發(fā)明專(zhuān)利201110180561.0公開(kāi)了一種將改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法并用DSP實(shí)現(xiàn)，這種方法計(jì)算繁瑣且DSP相對(duì)成本較高。發(fā)明專(zhuān)利201210013565.4公開(kāi)了根據(jù)初始與終止放電時(shí)SOC急劇變化的曲線來(lái)修正安時(shí)計(jì)量法產(chǎn)生的誤差，但該方法不能在電池處于放電中期時(shí)校正。發(fā)明專(zhuān)利201210576793.2公開(kāi)了使用開(kāi)路電壓，電流，溫度三維表來(lái)估計(jì)SOC的方法用于電動(dòng)車(chē)輛，但是其只能在車(chē)輛停止時(shí)測(cè)量，而在船舶行駛中無(wú)法停止航行，所以并不適合船用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于以上現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種船用鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正裝置及方法，以安時(shí)計(jì)量法為主體，交流內(nèi)阻法校正的方法來(lái)測(cè)量電池荷電狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，矯正精確度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正方法，其包含:
[0006]A、通過(guò)交流內(nèi)阻測(cè)量環(huán)節(jié)采集N組電池的交流內(nèi)阻Zfl?Zfn并發(fā)送至SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)；
[0007]B、所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，求和器計(jì)算對(duì)N組電池交流內(nèi)阻阻抗的模的求和結(jié)果Zf并發(fā)送至老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)；
[0008]C、所述老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)將求和結(jié)果Zf，代入到預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的電池交流內(nèi)阻與補(bǔ)償系數(shù)的關(guān)系式中來(lái)計(jì)算得到補(bǔ)償系數(shù)k ;
[0009]D、內(nèi)阻法計(jì)算環(huán)節(jié)將交流內(nèi)阻測(cè)量環(huán)節(jié)向其發(fā)送的交流內(nèi)阻Zfl?Zfn，代入到預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的電池交流內(nèi)阻與電池荷電狀態(tài)的關(guān)系式中，運(yùn)用交流內(nèi)阻法求取各組電池的荷電狀態(tài)；
[0010]E、所述內(nèi)阻法計(jì)算環(huán)節(jié)還根據(jù)老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)向其發(fā)送的補(bǔ)償系數(shù)k對(duì)以交流內(nèi)阻法測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行校正，得到各組電池經(jīng)過(guò)老化及溫度校正后的荷電狀態(tài)SOC1~SOCn并發(fā)送至電量均衡器；
[0011]F、所述電量均衡器使所有電池組具有相同的剩余電量，并將該剩余電量作為初始荷電狀態(tài)SOCtl輸出至SOC計(jì)算環(huán)節(jié)；
[0012]G、所述SOC計(jì)算環(huán)節(jié)根據(jù)與電池組及負(fù)載串聯(lián)的電流傳感器所測(cè)得的電流值I和所述初始荷電狀態(tài)SOCtl，運(yùn)用安時(shí)計(jì)量法求得各組電池實(shí)時(shí)的荷電狀態(tài)SOCi并發(fā)送至所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)；
[0013]H、所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)的老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)，根據(jù)所述補(bǔ)償系數(shù)k對(duì)以安時(shí)計(jì)量法測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)SOCi進(jìn)行補(bǔ)償并將結(jié)果SOCf向外輸出。
[0014]優(yōu)選地，在步驟E中，通過(guò)以下公式進(jìn)行校正:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正方法，其特征在于，包含: A、通過(guò)交流內(nèi)阻測(cè)量環(huán)節(jié)采集N組電池的交流內(nèi)阻Zfl~Zfn并發(fā)送至SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié); B、所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，求和器計(jì)算對(duì)N組電池交流內(nèi)阻阻抗的模的求和結(jié)果Zf并發(fā)送至老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)； C、所述老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)將求和結(jié)果Zf，代入到預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的電池交流內(nèi)阻與補(bǔ)償系數(shù)的關(guān)系式中來(lái)計(jì)算得到補(bǔ)償系數(shù)k ； D、內(nèi)阻法計(jì)算環(huán)節(jié)將交流內(nèi)阻測(cè)量環(huán)節(jié)向其發(fā)送的交流內(nèi)阻Zfl~Zfn，代入到預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的電池交流內(nèi)阻與電池荷電狀態(tài)的關(guān)系式中，運(yùn)用交流內(nèi)阻法求取各組電池的荷電狀態(tài)； E、所述內(nèi)阻法計(jì)算環(huán)節(jié)還根據(jù)老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)向其發(fā)送的補(bǔ)償系數(shù)k對(duì)以交流內(nèi)阻法測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行校正，得到各組電池經(jīng)過(guò)老化及溫度校正后的荷電狀態(tài)SOC1~SOCn并發(fā)送至電量均衡器； F、所述電量均衡器使所有電池組具有相同的剩余電量，并將該剩余電量作為初始荷電狀態(tài)SOCtl輸出至SOC計(jì)算環(huán)節(jié)； G、所述SOC計(jì)算環(huán)節(jié)根據(jù)與電池組及負(fù)載串聯(lián)的電流傳感器所測(cè)得的電流值I和所述初始荷電狀態(tài)SOCtl，運(yùn)用安時(shí)計(jì)量法求得各組電池實(shí)時(shí)的荷電狀態(tài)SOCi并發(fā)送至所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)； H、所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)的老化及誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)，根據(jù)所述補(bǔ)償系數(shù)k對(duì)以安時(shí)計(jì)量法測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)SOCi進(jìn)行補(bǔ)償并將結(jié)果SOCf向外輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 在步驟E中，通過(guò)以下公式進(jìn)行校正:
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， 在步驟H中，通過(guò)以下公式進(jìn)行補(bǔ)償:
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 對(duì)于使用前充滿的各組電池，初始時(shí)所述SOC計(jì)算環(huán)節(jié)發(fā)送至所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)的SOCi為100%，并且所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)發(fā)送至所述SOC計(jì)算環(huán)節(jié)的SOCtlS 100%。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)每隔一段時(shí)間工作；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)工作時(shí)，最終向外輸出補(bǔ)償后的結(jié)果SOCf作為SOC輸出信號(hào)；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)不工作時(shí)，最終向外輸出SOC計(jì)算環(huán)節(jié)以安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)作為SOC輸出信號(hào)。
6.一種電池荷電狀態(tài)的計(jì)算與校正裝置，其特征在于，包含: 一個(gè)基于安時(shí)計(jì)量法對(duì)各組電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算的SOC計(jì)算環(huán)節(jié)； 一個(gè)基于交流內(nèi)阻法對(duì)SOC計(jì)算環(huán)節(jié)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腟OC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于， 所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)每隔一段時(shí)間工作；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)工作時(shí)，計(jì)算與校正裝置向外輸出補(bǔ)償后的結(jié)果SOCf作為SOC輸出信號(hào)；所述SOC誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)不工作時(shí)，計(jì)算與校正裝置向外輸出SOC計(jì)算環(huán)節(jié)以安時(shí)計(jì)量法實(shí)時(shí)測(cè)得的各組電池的荷電狀態(tài)作為SOC輸出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103969596SQ201410238431
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】孫彥琰, 褚建新, 高迪駒, 蘭溪 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)