鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法及系統(tǒng)，其中方法包括以下步驟：在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)第一電壓、第二電壓、第一時(shí)間點(diǎn)、第二時(shí)間點(diǎn)和電流得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率；根據(jù)第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，對(duì)照預(yù)設(shè)的電壓變化率和剩余放電容量的關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
【專利說明】鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比，在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，有很好的發(fā)展前景。由于電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程較短，且續(xù)駛里程不容易估計(jì)，因此在日常使用中容易造成用戶的里程焦慮。電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程取決于動(dòng)力電池的剩余放電能量和整車的能量消耗。其中電池的剩余放電能量受未來的放電平均電壓和電池剩余放電容量的影響。由于鋰離子電池的放電電壓曲線較為平緩，未來的放電平均電壓較固定，因此剩余放電能量的估計(jì)精度主要依賴于電池剩余容量的估計(jì)。
[0003]動(dòng)力電池的放電容量是指從某一時(shí)刻開始直到電池端電壓達(dá)到放電截止電壓的過程中電池累計(jì)放出的電荷量。由于當(dāng)前無法知道電池最終的放電截止時(shí)刻，剩余放電容量只能通過估計(jì)電池狀態(tài)的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)。電池剩余放電容量的影響因素很多，例如電池溫度、電池衰減程度、電池組不一致性等等。這些因素都會(huì)對(duì)電池提供的能量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。
[0004]目前已有一些電動(dòng)汽車動(dòng)力電池剩余放電容量的計(jì)算方法，主要基于電池模型以及電池開路電壓OCV與荷電狀態(tài)SOC的關(guān)系。例如，通過電池模型計(jì)算放電過程中的開路電壓來估計(jì)剩余容量。然而在實(shí)車工況中放電電流變化劇烈，電池模型不能保證在所有情況下提供準(zhǔn)確的開路電壓估計(jì)值，因此會(huì)帶來剩余容量的估計(jì)誤差。還有一些估計(jì)方式是，通過累積計(jì)算電池放電電量來估計(jì)當(dāng)前S0C，進(jìn)而計(jì)算剩余放電容量。由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的電流測(cè)量誤差和積分計(jì)算誤差，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行積分計(jì)算時(shí)會(huì)帶來較大的累積誤差。
[0005]另外，上述方法均需要計(jì)算電池放電終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)SOCend,而SOCend在放電電流不同的情況下有較大的變化，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此以上方法在電流變化較大的情況下不易保持估計(jì)精度。不同工況下的標(biāo)定試驗(yàn)可以提高方法的估計(jì)精度，但相應(yīng)的標(biāo)定量會(huì)非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0007]為此，本發(fā)明一方面提供一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法。
[0008]本發(fā)明的另一方面提出一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)。
[0009]有鑒于此，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提出一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，包括以下步驟:時(shí)間段的電壓變化率獲得步驟，在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)所述第一電壓、所述第二電壓、所述第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率；以及剩余電量估計(jì)步驟，根據(jù)所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率和，對(duì)照預(yù)設(shè)的關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量；其中所述關(guān)聯(lián)曲線通過以下步驟求出:測(cè)量步驟，間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間；電壓變化率獲得步驟，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、所述電流和所述整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率；關(guān)聯(lián)曲線獲得步驟，根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將所述剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓變化率獲得步驟具體包括:根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和所述電流得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量；對(duì)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差；以及根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述關(guān)聯(lián)曲線獲得步驟具體包括:根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間分別得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量；以及分別將所述每個(gè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量和對(duì)應(yīng)的電壓變化率一一對(duì)應(yīng)的進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以得到所述關(guān)聯(lián)曲線。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述時(shí)間段的電壓變化率獲得步驟具體包括:分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流；根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)的放電量；對(duì)所述第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與所述放電量的比值得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率通過如下公式表示，所述公式為，dU,/dQ, =AU, t/AQ, _，其中，dU, /dQ,表示所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率，AU，t為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差，Λ Q，_為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率通過如下公式表示，所述公式為，dU/dQ= Λ Ut/Λ Qeum，其中，dU/dQ表示所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，AUt為所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓差，AQ_為所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的放電量。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量通過如下公式獲得，所述公式為，AQranain= / I，*t，，其中，Λ Qranain為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，I，為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流，t，為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間至所述整個(gè)放電時(shí)間。
[0017]本發(fā)明另一方面的實(shí)施例提出了一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)，包括:測(cè)量模塊，間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間；電壓變化率獲得模塊，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、所述電流和所述整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率；關(guān)聯(lián)曲線獲得模塊，根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將所述剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化量進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線；時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊，在第一時(shí)間和第二時(shí)間獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)所述第一電壓、所述第二電壓、所述第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率；以及剩余電量估計(jì)模塊，根據(jù)所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率和所述關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓變化率獲得模塊具體包括:第一放電量獲得單元，用于根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和所述電流得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量；計(jì)算單元，用于對(duì)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差；以及第一電壓變化率獲得單元，用于根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊具體包括:電壓電流獲得單元，分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流；第二放電量獲得單元，用于根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)的放電量；第二電壓變化率獲得單元，用于對(duì)所述第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與所述放電量的比值得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
[0021]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法的流程圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的關(guān)聯(lián)曲線的生成流程圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋰離子電池在放電過程中電壓與剩余放電容量的關(guān)系圖；
[0026]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在不同放電電流下電池電壓和剩余放電容量的相似性的不意圖；
[0027]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓變化率和剩余放電容量的關(guān)系的示意圖；以及
[0028]圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于
附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0031]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法包括以下步驟:在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)第一電壓、第二電壓、第一時(shí)間點(diǎn)、第二時(shí)間點(diǎn)和電流得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率(步驟101)。根據(jù)第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率和，對(duì)照預(yù)設(shè)的關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量(步驟103)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
[0034]在步驟101中，分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流。根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、第二時(shí)間點(diǎn)和電流得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的放電量。對(duì)第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與放電量的比值得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
[0035]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率通過如下公式表示，公式為，dU/dQ= Λ Ut/Λ Qeum，其中，dU/dQ表示第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，AUt為第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓差，AQ_為第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的放電量。
[0036]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的關(guān)聯(lián)曲線的生成流程圖。如圖2所示，關(guān)聯(lián)曲線的生成包括以下步驟:間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間(步驟201)。根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、電流和整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率(步驟203)。根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和整個(gè)放電時(shí)間得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線(步驟205 )。
[0037]在步驟201和步驟203中，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和電流得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。對(duì)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差。根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
[0038]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率通過如下公式表示，公式為，dU，/dQ，=AU，t/AQ，_，其中，dU，/dQ，表示每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率，每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差，AQ，_為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。
[0039]在步驟205中，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和整個(gè)放電時(shí)間分別得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量。分別將每個(gè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量和對(duì)應(yīng)的電壓變化率一一對(duì)應(yīng)的進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以得到關(guān)聯(lián)曲線。
[0040]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量通過如下公式獲得，公式為，AQraiiain= / I，*t，，其中，Λ Qraiiain為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，I，為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流，t,為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間至整個(gè)放電時(shí)間。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以標(biāo)準(zhǔn)放電電流下進(jìn)行放電，從滿電狀態(tài)開始直到電池端電壓達(dá)到放電截止電壓。由放電過程每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的單位累積放電電量
及每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的起止時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電池電壓差A(yù)U，t，計(jì)算每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電池電壓變化率dU，/dQ，，即dU，/dQ，=AU，t/AQ，_。在計(jì)算每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的剩余放電容量時(shí)，從電池放電截止時(shí)刻起進(jìn)行電量反向積分，得到某預(yù)設(shè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的電池剩余放電容量Qremain=以此次標(biāo)定的電壓變化率dU，/dQ,與剩余放電容量Qranain的關(guān)系作為實(shí)時(shí)應(yīng)用中估計(jì)電池剩余容量的基礎(chǔ)。
[0042]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在較小時(shí)間段的第一時(shí)間點(diǎn)h (開始時(shí)刻)和第二時(shí)間At2 (結(jié)束時(shí)刻)上計(jì)算鋰電池的累積放電容量AQ_= / I*t。第一電壓Utl和第二電壓Ut2的電壓差A(yù)Ut=Utl-Ut2t5從而得到該時(shí)間段對(duì)應(yīng)的電壓變化率dU/dQ=AUt/AQ_。在放電過程中，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的電壓變化率dU/dQ，并檢測(cè)其數(shù)值變化。
[0043]將實(shí)時(shí)計(jì)算的電壓變化率dU/dQ與標(biāo)定得到的電壓變化率-剩余放電容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系(dU/dQ-QMain)進(jìn) 行對(duì)比，通過查表方式確定電池當(dāng)前的剩余放電容量QMain。
[0044]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋰離子電池在放電過程中電壓與剩余放電容量的關(guān)系圖。如圖3所示，滿電狀態(tài)的剩余放電容量記為Q_in，full，電池放電截止電壓為Ut, endo隨著放電電池的電壓逐漸降低，剩余放電容量逐漸減少。在鋰離子電池的放電初段，電壓下降較為緩慢，因此單位電量變化對(duì)應(yīng)的電壓變化較小。在電池放電末段，電壓下降非常迅速，單位電量變化對(duì)應(yīng)的電壓變化比放電初段大。因此可以通過檢測(cè)單位累積電量對(duì)應(yīng)的電壓變化dU/dQ來確定鋰離子電池的放電狀態(tài)，并確定剩余放電容量。由于鋰離子電池都有放電末段電壓迅速下降的特點(diǎn)，因此這一方法適用于不同種類的鋰離子電池。
[0045]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在不同放電電流下電池電壓和剩余放電容量的相似性的示意圖。如圖4所示，在不同放電電流下電池端電壓和剩余放電容量存在相似的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這一規(guī)律主要存在于鋰離子電池放電的末段。假設(shè)三組不同的放電電流I1U2和13，其中I1小于12，I2小于I3，三組電流下的放電曲線如圖4所示。圖4中，滿電狀態(tài)的剩余放電容量記為QMain，full，電池放電截止電壓為Ut, endo其中在放電末段，在放電曲線電壓變化率相同的Ap A2和A3點(diǎn)，電池的剩余放電容量QraiiainY Qremain,2和QMain，3相差不大。因此在不同的放電電流下，通過檢測(cè)當(dāng)前的電壓變化率dU/dQ就可以估計(jì)電池的剩余放電容量
^remain0
[0046]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓變化率和剩余放電容量的關(guān)系的示意圖。如圖5所示，隨著放電過程的進(jìn)行，電池的電壓變化率dU/dQ逐漸增大，對(duì)應(yīng)的剩余放電容量仏.^逐漸減少。電池放電結(jié)束，即剩余放電容量為O的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓變化率記為dU/dQmd。假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為t，計(jì)算得到的電壓變化率為dU/dQ(t)，則通過電壓變化率和剩余放電容量的關(guān)系曲線可以查得對(duì)應(yīng)的剩余放電容量為Qraiiain(t)。
[0047]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
[0048]圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)包括:測(cè)量模塊100、電壓變化率獲得模塊300、關(guān)聯(lián)曲線獲得模塊500、時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊700和剩余電量估計(jì)模塊900。
[0049]具體地，測(cè)量模塊100間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間。電壓變化率獲得模塊300根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、電流和整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。關(guān)聯(lián)曲線獲得模塊500根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和整個(gè)放電時(shí)間得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化量進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線。時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊700在第一時(shí)間和第二時(shí)間獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)第一電壓、第二電壓、第一時(shí)間點(diǎn)、第二時(shí)間點(diǎn)和電流得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。剩余電量估計(jì)模塊900根據(jù)第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率和關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量。
[0050]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電壓變化率獲得模塊300具體包括:第一放電量獲得單元310、計(jì)算單元330和第一電壓變化率獲得單元350。
[0051]具體而言，第一放電量獲得單元310用于根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和電流得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。計(jì)算單元330用于對(duì)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差。第一電壓變化率獲得單元350用于根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
[0052]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊700具體包括:電壓電流獲得單元710、第二放電量獲得單元730和第二電壓變化率獲得單元750。
[0053]具體地，電壓電流獲得單元710分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流。第二放電量獲得單元730用于根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、第二時(shí)間點(diǎn)和電流得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的放電量。第二電壓變化率獲得單元750用于對(duì)第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與放電量的比值得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
[0054]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二電壓變化量獲得單元750通過如下公式表示，dU/dQ= ΛUt/AQeum，其中，dU/dQ表示第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，AUt為第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓差，Λ Qcim為第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的放電量。
[0055]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一電壓變化率獲得單元350通過如下公式獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率，該公式為dU，/dQ,=AU, J AQ, _，其中，dU，/dQ,表示每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率，AU,,*每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差，為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。
[0056]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，剩余電量估計(jì)模塊900通過如下公式獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量該公式為，AQranain= / I，*t，，其中，Λ QranainS每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，I，為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流，t，為每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間至整個(gè)放電時(shí)間。
[0057]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以標(biāo)準(zhǔn)放電電流下進(jìn)行放電，從滿電狀態(tài)開始直到電池端電壓達(dá)到放電截止電壓。由放電過程每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的單位累積放電電量
及每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的起止時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電池電壓差A(yù)U，t，計(jì)算每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電池電壓變化率dU，/dQ，，即dU，/dQ，=AU，t/AQ，_。在計(jì)算每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的剩余放電容量時(shí)，從電池放電截止時(shí)刻起進(jìn)行電量反向積分，得到某預(yù)設(shè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的電池剩余放電容量Qremain=以此次標(biāo)定的電壓變化率dU，/dQ,與剩余放電容量Qranain的關(guān)系作為實(shí)時(shí)應(yīng)用中估計(jì)電池剩余容量的基礎(chǔ)。
[0058]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在較小時(shí)間段的第一時(shí)間點(diǎn)h (開始時(shí)刻)和第二時(shí)間At2 (結(jié)束時(shí)刻)上計(jì)算鋰電池的累積放電容量AQ_= / I*t。第一電壓Utl和第二電壓Ut2的電壓差A(yù)Ut=Utl-Ut2t5從而得到該時(shí)間段對(duì)應(yīng)的電壓變化率dU/dQ= Λ Ut/Λ Q_。在放電過程中，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的電壓變化率dU/dQ，并檢測(cè)其數(shù)值變化。將實(shí)時(shí)計(jì)算的電壓變化率dU/dQ與標(biāo)定得到的電壓變化率-剩余放電容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系(dU/dQ-QMain)進(jìn)行對(duì)比，通過查表方式確定電池當(dāng)前的剩余放電容量QMain。
[0059]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)，通過得到第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)的電壓變化率，并利用關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)的剩余電量，由此減少了計(jì)算量和誤差，提高了剩余電量的估計(jì)精度，同時(shí)簡(jiǎn)單易行使用方便。
[0060]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 時(shí)間段的電壓變化率獲得步驟，在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)所述第一電壓、所述第二電壓、所述第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率；以及 剩余電量估計(jì)步驟，根據(jù)所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，對(duì)照預(yù)設(shè)的關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量； 其中所述關(guān)聯(lián)曲線通過以下步驟求出: 測(cè)量步驟，間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間； 電壓變化率獲得步驟，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、所述電流和所述整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率； 關(guān)聯(lián)曲線獲得步驟，根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將所述剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化率進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述電壓變化率獲得步驟具體包括: 根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和所述電流得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量； 對(duì)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差；以及 根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述關(guān)聯(lián)曲線獲得步驟具體包括: 根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間分別得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量；以及 分別將所述每個(gè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量和對(duì)應(yīng)的電壓變化率一一對(duì)應(yīng)的進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以得到所述關(guān)聯(lián)曲線。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述時(shí)間段的電壓變化率獲得步驟具體包括: 分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流； 根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)的放電量； 對(duì)所述第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與所述放電量的比值得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
5.如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率通過如下公式表示，所述公式為，dU，/dQ,=AU, t/ Δ Q, cum, 其中，dU，/dQ，表示所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率，AU，，為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差，AQ，。?為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量。
6.如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率通過如下公式表示，所述公式為，
dU/dQ= AUt/AQcum, 其中，dU/dQ表示所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率，Δ Ut為所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓差，Λ Qcim為所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的放電量。
7.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)方法，其特征在于，所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量通過如下公式獲得，所述公式為，
Δ Qremain= f 工，襯，， 其中，AQrarainS所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，I，為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流，t，為所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間至所述整個(gè)放電時(shí)間。
8.—種鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 測(cè)量模塊，間隔預(yù)設(shè)時(shí)間檢測(cè)鋰離子電池從滿電狀態(tài)放電至截止電壓過程中的電壓和電流，并獲得整個(gè)放電時(shí)間； 電壓變化率獲得模塊，根據(jù)每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段檢測(cè)的電壓、所述電流和所述整個(gè)放電時(shí)間獲得每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率； 關(guān)聯(lián)曲線獲得模塊，根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電流和所述整個(gè)放電時(shí)間得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段結(jié)束時(shí)的剩余電量，并將所述剩余電量與對(duì)應(yīng)的電壓變化量進(jìn)行關(guān)聯(lián)以獲得關(guān)聯(lián)曲線； 時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊，在第一時(shí)間和第二時(shí)間獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流，以根據(jù)所述第一電壓、所述第二電壓、所述第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率；以及 剩余電量估計(jì)模塊，根據(jù)所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率和所述關(guān)聯(lián)曲線得到當(dāng)前狀態(tài)下的剩余電量。
9.如權(quán)利要求8所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓變化率獲得模塊具體包括: 第一放電量獲得單元，用于根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和所述電流得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的放電量； 計(jì)算單元，用于對(duì)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的開始時(shí)間的電壓和結(jié)束時(shí)間的電壓進(jìn)行差值計(jì)算獲得電壓差；以及 第一電壓變化率獲得單元，用于根據(jù)所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓差和對(duì)應(yīng)的放電量得到所述每個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間段的電壓變化率。
10.如權(quán)利要求8所述的鋰離子電池的剩余放電容量估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間段的電壓變化率獲得模塊具體包括: 電壓電流獲得單元，分別在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)獲得所述鋰離子電池的第一電壓、第二電壓和所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電流；第二放電量獲得單元，用于根據(jù)所第一時(shí)間點(diǎn)、所述第二時(shí)間點(diǎn)和所述電流得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至所述第二時(shí)間點(diǎn)的放電量； 第二電壓變化 率獲得單元，用于對(duì)所述第一電壓和第二電壓進(jìn)行差值，計(jì)算所獲得的電壓差與所述放電量的比值得到所述第一時(shí)間點(diǎn)至第二時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電壓變化率。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103809125SQ201410049687
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】劉光明, 歐陽明高, 盧蘭光, 李建秋 申請(qǐng)人:清華大學(xué)