一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鋰離子電池電量檢測(cè)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口的增長(zhǎng)和石油資源的消耗，環(huán)保越來(lái)越受到人們的關(guān)注。電動(dòng)汽車(chē)由于使用電能這種清潔的二次能源，在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面都比傳統(tǒng)燃油汽車(chē)有優(yōu)勢(shì)。目前電動(dòng)汽車(chē)的充電站少，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程短，這些問(wèn)題容易給電動(dòng)汽車(chē)用戶帶來(lái)不便和心里焦慮。這種情況下，電池管理技術(shù)中的剩余電量檢測(cè)技術(shù)能給用戶帶來(lái)非常重要的信息。
[0003]傳統(tǒng)的鋰電池剩余電量檢測(cè)的方法主要有開(kāi)路電壓OCV與電荷狀態(tài)SOC的關(guān)系曲線法。OCV-SOC曲線與鋰電池對(duì)外放電電流大小有關(guān)。在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中，由于電流的劇烈變化等其他因素，導(dǎo)致估計(jì)不準(zhǔn)。
[0004]另外用得比較多的鋰電池電量檢測(cè)方法，是通過(guò)電流傳感模塊監(jiān)控鋰電池充電和放電過(guò)程中的電流值，然后對(duì)其積分，得到電量。剩余電量的計(jì)算方法是已充電量減去已用電量。這種檢測(cè)方法直觀，但是長(zhǎng)時(shí)間的積分會(huì)造成較大的累計(jì)誤差。
[0005]隨著鋰電池充放電次數(shù)的增加，鋰電池的內(nèi)阻會(huì)變大，總儲(chǔ)電量也會(huì)降低。
[0006]故，針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研宄，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量的檢測(cè)方法。
[0008]該方法相配套的檢測(cè)系統(tǒng)包括鋰電池內(nèi)阻檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、電量檢測(cè)模塊和MCU數(shù)據(jù)處理模塊。
[0009]鋰電池內(nèi)阻檢測(cè)模塊用于檢測(cè)鋰電池的內(nèi)阻。由于隨著鋰電池充放電次數(shù)的增加，電池內(nèi)部電阻會(huì)顯著增大，但同一個(gè)充電周期的鋰電池內(nèi)阻可以當(dāng)作恒定不變。
[0010]電壓檢測(cè)模塊用于在Tl時(shí)刻開(kāi)始和結(jié)束分別測(cè)出電池電壓，稱作第一電壓和第二電壓。將所述的第一電壓與第二電壓相減即可得到Tl時(shí)間段的電壓變化。
[0011]電量檢測(cè)模塊用于在Tl時(shí)刻開(kāi)始和結(jié)束分別測(cè)出電池向外提供的電流。在Tl時(shí)間段內(nèi)對(duì)電流積分可得TI時(shí)間段內(nèi)使用的電量。
[0012]MCU數(shù)據(jù)處理模塊用于接收電壓測(cè)量模塊和電量測(cè)量模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)，將第一電壓和第二電壓相減可得Tl時(shí)間段的電壓變化，將Tl時(shí)刻的鋰電池向外提供的電流積分可得Tl時(shí)間段的使用電量。將電壓變化和Tl時(shí)刻使用的電量相除得到dU/dC，根據(jù)曲線得到電池的剩余電量。
[0013]該電動(dòng)汽車(chē)用鋰電池電池電量的檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0014]步驟I，獲得參考曲線；
[0015]在放電電流恒定的情況下，用插值法得到OCV-SOC曲線的函數(shù)表達(dá)式，記為OCV=f (Creal/Cmax)，其中，Creal為當(dāng)前剩余容量，Cmax為額定剩余容量；然后兩邊同時(shí)對(duì)Creal求導(dǎo)，得dOCV/dCreal = f’(Creal/Cmax)/Cmax，這就是本發(fā)明的參考曲線；
[0016]為提高預(yù)測(cè)精度，獲得多條鋰電池不同的放電電流下求導(dǎo)曲線；
[0017]另外，鋰電池充放次數(shù)增加到一定程度，應(yīng)及時(shí)更新曲線參考表為最精確的參考曲線表；
[0018]步驟2，周期開(kāi)始時(shí)鋰電池內(nèi)阻的測(cè)量；
[0019]當(dāng)鋰電池充滿電后手動(dòng)接上開(kāi)關(guān)，測(cè)出鋰電池滿電情況下外接一固定負(fù)載情況下回路的電流值，手動(dòng)彈開(kāi)開(kāi)關(guān)，測(cè)出滿電狀態(tài)下的開(kāi)路電壓。由回路電流值，負(fù)載大小和開(kāi)路電壓得出鋰離子電池的內(nèi)阻。此值更新MCU中的內(nèi)阻值供后續(xù)計(jì)算，同時(shí)更新的次數(shù)也用于記錄電池充放電的總次數(shù)；
[0020]步驟3，設(shè)定運(yùn)行路況；
[0021]因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)在不同的路況下行駛的速度不同，電池放電電流也不同，根據(jù)不同行駛情況，選擇不同工作電流下的求導(dǎo)曲線；
[0022]步驟4，獲得運(yùn)行過(guò)程電壓變化；
[0023]在鋰電池工作的時(shí)候，每隔Tl時(shí)刻便對(duì)鋰電池工作回路電流和電池兩端的電壓進(jìn)行采集，稱作第一電流、第二電流和第一電壓、第二電壓；根據(jù)內(nèi)阻和第一電壓、第一電流和第二電壓、第二電流可得到第一電容等效電壓和第二電容等效電壓，將第一電容等效電壓和第二電容等效電壓做差值運(yùn)算，得到電壓差dU ;
[0024]步驟5，獲得電池剩余電量；
[0025]根據(jù)第一電流和第二電流及時(shí)間段Tl建立斜線模型，通過(guò)求梯形面積得到Tl時(shí)間段用電量dc，計(jì)算dU/dC，對(duì)照參考曲線，得到剩余電量。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為鋰電池內(nèi)阻測(cè)量原理圖
[0027]圖2為工作中鋰電池電壓檢測(cè)模塊和電量檢測(cè)模塊原理圖
[0028]圖3為T(mén)l時(shí)間段電量計(jì)算的建模圖
[0029]圖4為鋰電池在不同放電電流下的OCV-SOC曲線
[0030]圖5為開(kāi)路電壓對(duì)電量的一次導(dǎo)數(shù)與剩余電量之間的關(guān)系曲線
【具體實(shí)施方式】
[0031]下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和補(bǔ)充，對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
[0032]以下通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明專利方案做進(jìn)一步描述。
[0033]本發(fā)明專利提供的電池電量檢測(cè)方法和系統(tǒng)，采用在電池兩端外接檢測(cè)電路。對(duì)于內(nèi)阻檢測(cè)模塊，如圖1，每一次充電完成后先測(cè)電池的開(kāi)路電壓E，然后手動(dòng)將開(kāi)關(guān)S閉合，外接電阻，測(cè)出固定負(fù)載R兩端電壓U和回路電流I?？傻脙?nèi)阻RO= (E-U)/1測(cè)完后斷開(kāi)S。得到本周期的內(nèi)阻R0，將這個(gè)值傳遞給MCU。
[0034]在電動(dòng)汽車(chē)工作時(shí)，可以利用這個(gè)內(nèi)阻值和電池兩端的實(shí)時(shí)電壓，換算出等效電容的電壓值。這樣就不需要在開(kāi)路情況下測(cè)電池兩端的電壓。
[0035]由于前一次完全充放電和下一次充放電完成后電池內(nèi)阻相差并不大，并不強(qiáng)制每次完全充電后都測(cè)內(nèi)阻。
[0036]另外為準(zhǔn)確記錄完全充放電次數(shù)，開(kāi)關(guān)S設(shè)置成手動(dòng)。
[0037]圖1中C代表電池的等效電容，Rp和Rn代表電池陽(yáng)極和陰極電阻。內(nèi)阻RO =Rp+Rnο
[0038]工作中，鋰電池電壓檢測(cè)模塊定期對(duì)鋰電池兩端的電壓和電流進(jìn)行采樣，Tl時(shí)刻開(kāi)始時(shí)采樣得鋰電池兩端電壓為U1，工作電流為II，根據(jù)本周期的內(nèi)阻值R0，可以計(jì)算得到等效電容兩端的電壓El = U1+I1*R0。同理可得Tl時(shí)刻末的電池等效電容電壓值E2。最終得到Tl時(shí)刻內(nèi)的電容電壓差A(yù)U = E1-E2。
[0039]電量檢測(cè)模塊，分別在Tl時(shí)刻開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采樣電池工作回路電流Il和12。Tl時(shí)間段內(nèi)電流變化按線性建模。則Tl時(shí)間段內(nèi)的用電量C由積分運(yùn)算退化為梯形面積計(jì)算。所得結(jié)果記為AC。
[0040]同理在Tl到2T1時(shí)間段內(nèi)采樣電池工作回路電流12和13，可計(jì)算得到該時(shí)間段的電容電壓差和用電量
[0041]OCV-SOC曲線描述的是電池開(kāi)路電壓與剩余電量百分比的對(duì)應(yīng)關(guān)系。SOC =Creal/Cmax ο Creal為實(shí)際剩余容量，Cmax為額定容量，同個(gè)放電周期為常數(shù)。OCV-SOC曲線滿足關(guān)系式 OCV = f (Creal/Cmax)，曲線 f 可導(dǎo)，dOCV/dCreal = f’ (Creal/Cmax) * (I/Cmax)，得到開(kāi)路電壓對(duì)電量的一次導(dǎo)數(shù)與剩余電量之間的關(guān)系曲線，而dOCV/dCreal =Δ E/ Δ C = (E1-E2) /AC = Δ U/ Δ C。
[0042]根據(jù)AU、AC的數(shù)值，依照OCV-SOC曲線，可計(jì)算出Creal。
[0043]本發(fā)明提出的電池剩余電量測(cè)量方法依賴于關(guān)系曲線。因此關(guān)系曲線的準(zhǔn)確性直接決定了這種測(cè)量方法的準(zhǔn)確性。由于關(guān)系曲線受溫度、放電電流、電池老化程度等因素的影響，本發(fā)明提出電動(dòng)汽車(chē)電池剩余電量檢測(cè)因根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)行駛在不同的道路和電池充放電次數(shù)的不同而使用不同的曲線。具體來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)行駛在不同的路況下，比如城市道路和高速路上(如果有一天電動(dòng)汽車(chē)能上高速)或者鄉(xiāng)間路況良好的道路上，應(yīng)該采用不同的曲線。城市道路比較擁擠，并且限速，因此鋰電池工作電流小，路況良好的道路上相對(duì)通暢，電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行的速度會(huì)更高，鋰電池工作電流相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大。另外，每次完整的充放電后，MCU內(nèi)應(yīng)該記錄電池總的充放電次數(shù)。到一定程度后應(yīng)該及時(shí)更新MCU內(nèi)部的曲線表格，避免因電池老化出現(xiàn)剩余電量估計(jì)不準(zhǔn)的現(xiàn)象。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，獲得求導(dǎo)參考曲線； 步驟2，獲得一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的鋰離子電池內(nèi)阻； 步驟3，設(shè)定運(yùn)行路況； 步驟4，獲得運(yùn)行過(guò)程電壓變化； 步驟5，通過(guò)電壓和電量變化獲得電池剩余電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，所述的求導(dǎo)參考曲線獲得步驟具體包括: 步驟1，在恒定電流放電情況下測(cè)得鋰離子電池開(kāi)路電壓OCV與電荷狀態(tài)SOC數(shù)據(jù)，用插值法得到OCV-SOC表達(dá)式； 步驟2，將表達(dá)式兩邊對(duì)當(dāng)前剩余容量Creal求導(dǎo)，得到參考曲線； 步驟3，對(duì)不同鋰電池在不同放電電流下多次測(cè)量，獲得多條求導(dǎo)曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，所述的一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)鋰離子電池內(nèi)阻的獲得步驟具體包括: 在鋰離子電池充電完成后，運(yùn)行前，測(cè)出鋰電池在負(fù)載情況下回路電流I和負(fù)載兩端電壓U，再測(cè)得開(kāi)路電壓E，可得鋰離子電池內(nèi)阻為RO = (E-U)/I，并將此內(nèi)阻值存入微控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，所述的運(yùn)行路況的設(shè)定步驟具體包括: 根據(jù)不同的路況下的行駛速度，選擇不同工作電流下的參考曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，所述的運(yùn)行過(guò)程電壓變化獲得的步驟具體包括: 步驟1，在電池工作狀態(tài)下，在Tl時(shí)間段開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，分別測(cè)出電池工作回路電流和電池兩端電壓，稱作第一電流、第二電流和第一電壓、第二電壓； 步驟2，根據(jù)內(nèi)阻和第一電壓、第一電流和第二電壓、第二電流，得到第一電容等效電壓和第二電容等效電壓； 步驟3，將第一電容等效電壓和第二電容等效電壓做差值運(yùn)算，得到運(yùn)行過(guò)程電壓變化dUo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，其特征在于，所述的通過(guò)電壓和電量變化獲得電池剩余電量的步驟具體包括: 步驟1，根據(jù)第一電流和第二電流及時(shí)間段Tl建立斜線模型，通過(guò)求梯形面積得到Tl時(shí)間段用電量dC ； 步驟2，計(jì)算dU/dC，對(duì)照參考曲線，得到剩余電量。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池電量檢測(cè)方法，首先在放電電流恒定的情況下用插值法得到OCV-SOC曲線的函數(shù)表達(dá)式，使用中通過(guò)設(shè)定道路情況，來(lái)選擇誤差最小的曲線參考表；其次，測(cè)出鋰電池滿電狀態(tài)時(shí)的開(kāi)路電壓以及外接負(fù)載下的電流值，由回路電流值，負(fù)載大小，負(fù)載電壓和開(kāi)路電壓得出鋰離子電池的內(nèi)阻，同時(shí)記錄電池充放電的總次數(shù)；鋰電池工作時(shí)，每隔T1時(shí)刻采集鋰電池工作回路電流和電池兩端的電壓，根據(jù)內(nèi)阻換算得到等效電容的電壓，將電壓做差值運(yùn)算，電流對(duì)時(shí)間做積分運(yùn)算，計(jì)算兩者比值，對(duì)照新提出的參考曲線，可得剩余電壓。
【IPC分類】G01R31-36
【公開(kāi)號(hào)】CN104597405
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410808891
【發(fā)明人】周燕敏
【申請(qǐng)人】余姚億威電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日