用于磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法。公開了使用來自插電充電事件的數(shù)據(jù)估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法。實驗室測量的電池組電阻，其已知為隨電池電阻的壽命保持不變，能夠用于在充電期間從端電壓確定開路電壓。充電后的實際開路電壓可以之后測量，在電池組已經(jīng)擱置了足夠時間量之后。開路電壓的兩個值，如果在具有足夠大的斜率的電池組的SOC-OCV曲線上的點處取得，提供電池組充電狀態(tài)的兩個值。通過隨兩個開路電壓讀數(shù)之間的時間間隔積分充電電流，并且使用兩個充電狀態(tài)值，電池組容量能夠由插電充電數(shù)據(jù)確定。
【專利說明】用于磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及電池組的充電容量的確定，更具體地，涉及在充電之后用于估計磷酸鐵鋰電池組的容量的方法，其中磷酸鐵鋰電池電阻的性質(zhì)用于使能充電期間的開路電壓的確定，并且其中用于磷酸鐵鋰電池的電壓與充電狀態(tài)曲線的特征用于在電壓-充電曲線上的兩點處確定充電狀態(tài)，由此使實際充電容量能夠被確定。
【背景技術(shù)】
[0002]電動車輛和汽油-電或柴油-電混合動力車輛正在當今的汽車市場迅速普及。電動和混合電動車輛提供了若干可取的特征，諸如減少或消除消費者層級的排放和基于石油的燃料消耗，和潛在地降低了操作成本。電動和混合電動車輛的關(guān)鍵子系統(tǒng)是電池組，其可以代表相當大比例的車輛成本。這些車輛中的電池組通常由多個互連的單元組成，它們能夠按需輸送大量功率。最大化電池組的性能和壽命，以及精確地通知駕駛員電池功率的剩余車輛里程，是電動和混合電動車輛設(shè)計和操作中的關(guān)鍵問題。
[0003]典型的電動車輛電池組包括兩個或更多個電池組段，每段包含提供所要求的電壓和容量所需要的很多單獨的電池單元。為了優(yōu)化電池組的性能和持久性，以及為了確定可用充電容量的量，監(jiān)測電池組的充電狀態(tài)是重要的。通?；谄溟_路電壓，使用限定為充電狀態(tài)與開路電壓(SOC-OCV)曲線的形式的已知關(guān)系來確定電池單元或全部電池組的充電狀態(tài)。然而，在一些類型的電池中，例如磷酸鐵鋰電池，SOC-OCV曲線的極低的斜率特征使其非常難以基于開路電壓精確地確定充電狀態(tài)。
[0004]此外，不可能簡單地測量流入和流出磷酸鐵鋰電池組的充電和放電電流從而連續(xù)地確定充電狀態(tài)，因為小的誤差將隨時間積累以導(dǎo)致這種測量中的大的不精確。而且，因為電池組的容量會隨著電池組的壽命衰減,駕駛里程的精確理解要求知道充電狀態(tài)和電池組容量。需要一種用于精確地確定磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，其中該方法不會有如上所述的不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了使用來自插電充電事件的數(shù)據(jù)估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法。實驗室測量的電池組電阻，其已知為隨電池電阻的壽命保持不變，能夠用于在充電期間從端電壓確定開路電壓。充電后的實際開路電壓可以之后測量，在電池組已經(jīng)擱置了足夠時間量之后。開路電壓的兩個值，如果在具有足夠大的斜率的電池組的SOC-OCV曲線上的點處取得，提供電池組充電狀態(tài)的兩個值。通過隨兩個開路電壓讀數(shù)之間的時間間隔積分充電電流，并且使用兩個充電狀態(tài)值，電池組容量能夠由插電充電數(shù)據(jù)確定。
[0006]本發(fā)明的其它特征將從結(jié)合附圖的以下描述和權(quán)利要求變得清楚。
[0007]本發(fā)明還提供了以下方案:
1.一種使用來自插電充電事件的數(shù)據(jù)估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，所述方法包括:
啟動電池組的插電充電事件并且在充電事件期間記錄端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 完成插電充電事件并且存儲端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)；
在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值；
在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態(tài)值；以及 使用充電狀態(tài)值和充電電流數(shù)據(jù)計算電池組的充電容量。
[0008]2.根據(jù)方案I所述的方法，其特征在于，在兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值包括對于兩個時間點的至少一個，通過在時間點處取得端電壓并且減去時間點處的充電電流與預(yù)定電池組電阻的乘積計算開路電壓。
[0009]3.根據(jù)方案2所述的方法，其特征在于，預(yù)定電池組電阻由一種方法確定，所述方法包括:
在電池組上執(zhí)行基于實驗室的插電充電事件并且在基于實驗室的插電充電事件期間記錄端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)；
對于基于實驗室的插電充電事件的持續(xù)時間，由端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)確定電池組的充電狀態(tài)；
對于基于實驗室的插電充電事件的持續(xù)時間，由電池組的充電狀態(tài)確定開路電壓數(shù)
據(jù)；
對于基于實驗室的插電充電事件的持續(xù)時間，計算過電位值，作為端電壓數(shù)據(jù)和開路電壓數(shù)據(jù)之間的差值；
對于基于實驗室的插電充電事件的至少一個時間點，計算預(yù)定電池組電阻，其中所述電阻等于時間點的過電位值除以時間點的充電電流；以及
對于溫度和充電電流的范圍，重復(fù)基于實驗室的插電充電事件。
[0010]4.根據(jù)方案I所述的方法，其特征在于，在兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值包括對于兩個時間點的至少一個，在電池組已經(jīng)擱置了預(yù)定時間段之后，使開路電壓值等于測量的端電壓。
[0011]5.根據(jù)方案I所述的方法，其特征在于，由開路電壓值確定充電狀態(tài)值包括使用磷酸鐵鋰電池組的預(yù)定充電狀態(tài)與開路電壓曲線。
[0012]6.根據(jù)方案5所述的方法，其特征在于，兩個時間點對應(yīng)于充電狀態(tài)與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大于預(yù)定閾值的斜率。
[0013]7.根據(jù)方案I所述的方法，其特征在于，使用充電狀態(tài)值和充電電流數(shù)據(jù)計算電池組的充電容量包括使用等式:
【權(quán)利要求】
1.一種使用來自插電充電事件的數(shù)據(jù)估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，所述方法包括: 啟動電池組的插電充電事件并且在充電事件期間記錄端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 完成插電充電事件并且存儲端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態(tài)值；以及 使用充電狀態(tài)值和充電電流數(shù)據(jù)計算電池組的充電容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值包括對于兩個時間點的至少一個，通過在時間點處取得端電壓并且減去時間點處的充電電流與預(yù)定電池組電阻的乘積計算開路電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，預(yù)定電池組電阻由一種方法確定，所述方法包括: 在電池組上執(zhí)行基于實驗室的插電充電事件并且在基于實驗室的插電充電事件期間記錄端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 對于基于實驗室的插電充電事件的持續(xù)時間，由端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)確定電池組的充電狀態(tài)； 對于基于實驗室的插電充電事件的持續(xù)時間，由電池組的充電狀態(tài)確定開路電壓數(shù)據(jù)； 對于基于實驗室的插電充`電`事件的持續(xù)時間，計算過電位值，作為端電壓數(shù)據(jù)和開路電壓數(shù)據(jù)之間的差值； 對于基于實驗室的插電充電事件的至少一個時間點，計算預(yù)定電池組電阻，其中所述電阻等于時間點的過電位值除以時間點的充電電流；以及 對于溫度和充電電流的范圍，重復(fù)基于實驗室的插電充電事件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值包括對于兩個時間點的至少一個，在電池組已經(jīng)擱置了預(yù)定時間段之后，使開路電壓值等于測量的端電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由開路電壓值確定充電狀態(tài)值包括使用磷酸鐵鋰電池組的預(yù)定充電狀態(tài)與開路電壓曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，兩個時間點對應(yīng)于充電狀態(tài)與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大于預(yù)定閾值的斜率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用充電狀態(tài)值和充電電流數(shù)據(jù)計算電池組的充電容量包括使用等式:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，磷酸鐵鋰電池組在電動車輛中使用。
9.一種使用來自插電充電事件的數(shù)據(jù)估計具有磷酸鐵鋰電池組的電動車輛的駕駛里程的方法，所述方法包括: 啟動電池組的插電充電事件并且在充電事件期間記錄端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 完成插電充電事件并且存儲端電壓數(shù)據(jù)和充電電流數(shù)據(jù)； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數(shù)據(jù)確定開路電壓值，其中兩個時間點對應(yīng)于磷酸鐵鋰電池組的充電狀態(tài)與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大于預(yù)定閾值的斜率； 使用充電狀態(tài)與開路電壓曲線，在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態(tài)值； 使用充電狀態(tài)值和充電電流數(shù)據(jù)計算電池組容量；以及 使用電池組容量和充電狀態(tài)值以提供估計的駕駛里程值給駕駛員。
10.一種使用來自 插電充電事件的數(shù)據(jù)估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 電壓表，其用于記錄在充電事件之前、期間和之后的電池組端電壓數(shù)據(jù)； 電流表，其用于記錄在充電事件期間的電池組充電電流數(shù)據(jù)；以及 控制器，其與電壓表和電流表連通，所述控制器配置成控制到電池組的充電電流，所述控制器還配置成基于充電事件的兩個時間點處的電池組的充電狀態(tài)值和兩個時間點之間的累積充電電流估計電池組的充電容量。
【文檔編號】G01R31/36GK103869252SQ201310672515
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】C.W.莫索, M.瓦爾斯特倫, Z.D.拜爾斯馬 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司