一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法，屬于電池電量估計【技術(shù)領(lǐng)域】。首先設(shè)定并得到磷酸鐵鋰電池的開路電壓-剩余電量之間的關(guān)系曲線和四個工作區(qū)間；根據(jù)開路電壓-剩余電量曲線，將與剩余電量相對應(yīng)的開路電壓分別標記，計算磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的開路電壓，將磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的開路電壓與四個工作區(qū)間的開路電壓分別進行比較，根據(jù)比較結(jié)果判定磷酸鐵鋰電池的剩余電量。本發(fā)明在不同區(qū)間采用不同方法進行剩余電量計算，能夠達到較高的剩余電量計算精度，并降低了每個區(qū)間的剩余電量計算難度。
【專利說明】一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法，屬于電池電量估計【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池之一，涉及手機、平板、筆記本電腦、電動汽車和電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域。在所有鋰離子電池應(yīng)用場合，電池剩余電量估計功能都是必不可少的。電池剩余電量估計結(jié)果的準確程度受電池類型、電池成組規(guī)模、電池電壓和電流測量精度、環(huán)境溫度等因素的影響。
[0003]磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子電池的一種，其正極材料特性穩(wěn)定且礦產(chǎn)資源豐富，從而使其具有良好的安全性且相對低廉的價格。因此，近幾年來磷酸鐵鋰電池發(fā)展迅猛，在電動汽車和電池儲能方面占據(jù)了大部分的市場份額。磷酸鐵鋰的安全性并不意味著可以隨意對電池進行充放電，即使設(shè)定電池電壓和溫度保護，不合理地使用電池，會加速電池老化，縮短電池使用壽命。合理利用電池，必須獲悉電池實時準確的剩余電量，根據(jù)電池剩余電量制定充放電計劃。
[0004]對于磷酸鐵鋰電池而言，電池的電壓平臺存在一個平穩(wěn)區(qū)，即當電池電量變化時，電池電壓基本不變。這一特性致使所有根據(jù)電池電壓或以電池電壓為輔助因素的電池剩余電量估計方法精度下降，甚至出現(xiàn)非常大的偏差。而不采用電池電壓，僅根據(jù)電池電流進行電量估計勢必帶來累積誤差。影響累積誤差的因素包括算法運行時間、電流測量偏差、數(shù)字計算舍入誤差等。這些影響因素都無法消除，因此累積誤差無法避免且無法計算。采用電壓與電流結(jié)合的方法，比如卡爾曼濾波器、模糊邏輯算法等，需要建立電池的等效電路模型或者數(shù)學(xué)模型，準確辨識模型內(nèi)的參數(shù)，并且在嵌入式電池管理系統(tǒng)上實時運行算法程序。這些要求對于求解單個電池的剩余電量是可行的，但是在由多個電池單體串聯(lián)組成的電池組中，當單體的總電量、內(nèi)阻等電氣特性出現(xiàn)不一致時，要根據(jù)復(fù)雜算法計算每一個單體剩余電量的計算量非常大，難以在電池管理系統(tǒng)上實現(xiàn)。
[0005]申請?zhí)枮?01310031935.1的中國專利申請中，公開了一種分段磷酸鐵鋰電池電量的測量方法，其缺點是區(qū)間分段沒有充分利用磷酸鐵鋰電池的電氣特性，在10%〈S0C〈90%區(qū)間內(nèi)的估計算法依賴于電池模型，當電池特性變化時，該測量方法嚴重影響剩余電量的計算精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法，根據(jù)磷酸鐵鋰電池的開路電壓變化特性，劃分不同的電池工作區(qū)間，在不同的工作區(qū)間內(nèi)按照不同的簡單算法實現(xiàn)實時的剩余電量計算，并降低計算的復(fù)雜程度和對電池管理系統(tǒng)的運算性能要求，提聞剩余電量計算的精度。
[0007]本發(fā)明提出的磷酸鐵鋰電池的剩余電量估計方法，包括以下步驟:[0008](I)設(shè)定磷酸鐵鋰電池充電截止時的開路電壓為3.6V，在放電截止時的開路電壓為2.5V，充電截止時的剩余電量為100%，放電截止時剩余電量為0%，選擇剩余電量為2%，8%和98%的三個點，將剩余電量劃分為0%至2%，2%至8%，8%至98%，98%至100%共四個區(qū)間，
將四個區(qū)間分別定義如下:
[0009]
0% <剩余電量< 2% I過放保護區(qū)
2% <剩余電量^ 8% 4修正區(qū)
8% <剩余電量< 98% I運行區(qū) ’
98% <剩余電量S100% 二過充保護區(qū)
[0010]根據(jù)上述定義，得到磷酸鐵鋰電池的開路電壓-剩余電量之間的關(guān)系曲線和四個工作區(qū)間；
[0011](2)根據(jù)上述磷酸鐵鋰電池的開路電壓-剩余電量曲線，將與剩余電量為2%、8%和98%相對應(yīng)的開路電壓分別記為修正區(qū)下限開路電壓Umd、修正區(qū)上限開路電壓Umu和運行區(qū)上限開路電壓Uou,與剩余電量為8%相對應(yīng)的開路電壓記為Uod,修正區(qū)上限開路電壓Umu與運行區(qū)下限開路電壓Utjd相等，以上四個開路電壓之間存在以下關(guān)系:
[0012]Umd < Umu = Uod < Uou ；
[0013](3)根據(jù)以下公式，計算磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的開路電壓0CV:
[0014]OCV = u-1.R,
[0015]其中，u表示磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的電壓，i表示磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的電流，設(shè)定充電時電流為正，放電時電流為負，R表示磷酸鐵鋰電池的內(nèi)阻；
[0016](4)將步驟(3)中的磷酸鐵鋰電池在充電和放電過程中的開路電壓OCV與步驟(2)中的四個開路電壓比較，根據(jù)比較結(jié)果判定磷酸鐵鋰電池的剩余電量:
[0017](4-1)若開路電壓OCV小于或等于修正區(qū)下限開路電壓Umd，則判定電池工作在過放保護區(qū)，并根據(jù)步驟(1)中磷酸鐵鋰電池的開路電壓-剩余電量之間的關(guān)系曲線得到磷酸鐵鋰電池的剩余電量；
[0018](4-2)若開路電壓OCV大于修正區(qū)下限開路電壓U-，且小于或等于修正區(qū)上限開路電壓Umu，則判定磷酸鐵鋰電池的工作在修正區(qū)，并利用以下公式計算磷酸鐵鋰電池當前判定時刻的剩余電量SOC:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鐵鋰電池的剩余電量計算方法，該計算方法包括以下步驟: (1)設(shè)定磷酸鐵鋰電池充電截止時的開路電壓為3.6V，在放電截止時的開路電壓為.2.5V，充電截止時的剩余電量為100%，放電截止時剩余電量為0%，選擇剩余電量為2%，8%和.98%的三個點，將剩余電量劃分為0%至2%，2%至8%，8%至98%，98%至100%共四個區(qū)間，將四個區(qū)間分別定義如下:
【文檔編號】G06F19/00GK103884996SQ201410100369
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】楊代銘, 李相俊, 齊國光 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 清華大學(xué)