本發(fā)明涉及動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法。

背景技術(shù)：

在儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等新能源領(lǐng)域，動(dòng)力電池得到了廣泛的應(yīng)用，其中磷酸鐵鋰電池由于優(yōu)異的安全性以及較長的循環(huán)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)得到的廣泛的應(yīng)用。然而，磷酸鐵鋰電池在使用過程中由于活性材料的損耗，會(huì)導(dǎo)致容量的衰減，并且隨著電池的不斷使用，其可用容量越來越低。

電池的容量參數(shù)是電池管理、維護(hù)的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)有的磷酸鐵鋰電池容量估算方法主要有直接放電法以及間接估算法兩種。其中直接放電法為首先將電池完全充滿，然后使用放電設(shè)備將電池電量完全放空，并記錄整個(gè)放電過程累計(jì)放出的電量值，該電量值即為電池的實(shí)際容量值。然而，該方法雖然對(duì)電池容量的估算精度較高，但需要充電設(shè)備的配合、且耗時(shí)也較長。此外，還不能進(jìn)行在線估算，只能離線測量。

間接估算法一般需要進(jìn)行較大量測試，耗時(shí)長且需要額外的特殊測量設(shè)備來支持，例如，利用電導(dǎo)值與電池容量的關(guān)系，通過電導(dǎo)測試儀在線測量出電池電導(dǎo)值，然后根據(jù)電導(dǎo)值與電池容量的關(guān)系間接地估算出電池容量的方法。

鑒于此，實(shí)有必要提供一種新的磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法以克服上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法，所述磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法成本低、可操作性強(qiáng)且實(shí)時(shí)性高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法，包括如下步驟：

獲取磷酸鐵鋰電池充電電壓曲線；

獲取微分容量序列-荷電狀態(tài)(SOC)曲線；

確定SOC特征點(diǎn)；

在線計(jì)算當(dāng)次充電積分容量特征值；

在線計(jì)算當(dāng)前最優(yōu)容量估算值。

本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法，經(jīng)過多次充電后估算出磷酸鐵鋰電池當(dāng)前的容量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磷酸鐵鋰電池老化容量的實(shí)時(shí)在線跟蹤，不必增添額外的測量設(shè)備，只需要在電池充電過程中配合電池管理系統(tǒng)，即可在線實(shí)時(shí)地完成電池實(shí)際容量的估算，成本低、可操作性強(qiáng)且實(shí)時(shí)性高。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法的流程圖。

圖2為磷酸鐵鋰電池不同溫度下的充電電壓曲線圖。

圖3獲取微分容量序列detaQ-SOC曲線的具體流程圖。

圖4為磷酸鐵鋰電池不同溫度下的detaQ-SOC曲線圖。

圖5為磷酸鐵鋰電池全部detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)的detaQ-序號(hào)曲線圖。

圖6為圖5中磷酸鐵鋰電池部分detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)的detaQ-序號(hào)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定本發(fā)明。

請參閱圖1，其為本發(fā)明提供的一種磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法的流程圖。所應(yīng)說明的是，本發(fā)明的方法并不受限于下述步驟的順序，且在其他實(shí)施例中，本發(fā)明的方法可以只包括以下所述步驟的其中部分，或者其中的部分步驟可以被刪除。

下面將結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)說明?？梢岳斫?，本文中若無特殊說明，所提到的“電池”均為“磷酸鐵鋰電池”。

S210，獲取磷酸鐵鋰電池充電電壓曲線。

具體地，磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車中，所述電動(dòng)汽車包括電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)以對(duì)其進(jìn)行管理。所述BMS能夠?qū)崟r(shí)采集所述磷酸鐵鋰電池的電壓、電流以及溫度等數(shù)據(jù)。

請參圖2，其為磷酸鐵鋰電池在不同溫度下的充電電壓曲線圖。在本實(shí)施方式中，所述BMS分別采集20℃以及30℃下的磷酸鐵鋰電池的充電電壓。所述磷酸鐵鋰電池的容量為20Ah。可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述BMS還可以采集其他溫度下的磷酸鐵鋰電池的充電電壓，并不限于本實(shí)施方式中所提供的溫度。所述磷酸鐵鋰電池還可以應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)亦包括電池管理系統(tǒng)。

S220，獲取微分容量序列(detaQ)-荷電狀態(tài)(SOC)曲線，其中SOC為State of Charge，即荷電狀態(tài)。

具體地，請?jiān)賲㈤唸D3，其為獲取detaQ-SOC曲線(即微分容量序列-荷電狀態(tài)曲線)方法的具體流程圖。所述獲取微分容量序列detaQ-SOC曲線之步驟包括如下步驟：

S01，設(shè)定微分容量detaQ的電壓間隔detaV以及充電截止電壓Vend。

具體地，微分容量序列detaQ為一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個(gè)detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一段電池電壓片段，該電壓片段的區(qū)間長度為detaV。在本實(shí)施方式中，設(shè)定電壓片段的區(qū)間長度detaV為4mV且初始電壓設(shè)為2500mV，則第一個(gè)detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓片段為2500～2504mV；充電截止電壓設(shè)為3.65V，可以理解，當(dāng)所述磷酸鐵鋰電池在充電過程中的電壓上升至充電截止電壓Vend時(shí)，則停止充電。所述充電截止電壓Vend可以依據(jù)所述磷酸鐵鋰電池的額定電壓而設(shè)定。

S02，以恒定電流Cur開始充電。

具體地，以恒定電流Cur為所述磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電，即在整個(gè)充電過程中，充電電流不變。在本實(shí)施方式中，所述恒定電流Cur為0.3C，即所述恒定電流Cur為所述磷酸鐵鋰電池容量值的30％。可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述恒定電流Cur可以為0.3C-0.9C之間。

S03，記錄充電開始時(shí)的初始電壓V0，并定義微分容量detaQ的序號(hào)k。

具體地，將所述磷酸鐵鋰電池開始充電時(shí)的初始電壓記為V0；微分容量detaQ序列有多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，定義k為這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的序號(hào)，即第k個(gè)detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)記為detaQ(k)，其中k的初始值為1。

S04，設(shè)定分隔電壓Ve。

由于微分容量detaQ序列為一系列的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中每個(gè)微分容量detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一段電池電壓片段，該電壓片段的區(qū)間長度為detaV，因此，從V0開始，下一個(gè)分隔電壓Ve＝V0+detaV，當(dāng)初始電壓為2500mV時(shí)，則第一個(gè)detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分隔電壓為2504mV。在本實(shí)施方式中，所述電壓片段區(qū)間長度detaV為4mV。

S05，采集當(dāng)前電池電壓Vt。

具體地，可以通過所述BMS實(shí)時(shí)采集所述磷酸鐵鋰電池的電池電壓Vt。

S06，計(jì)算第k個(gè)微分容量detaQ(k)。

充電開始后，電池電壓Vt從V0開始緩慢上升，通過庫倫累記法累計(jì)電池電壓Vt從V0上升到分隔電壓Ve整個(gè)過程的充電電量，并將該電量值作為第K個(gè)detaQ值，具體地，計(jì)算detaQ(k)的計(jì)算公式如下：

detaQ(k)＝∫Curdt

可以理解，若當(dāng)前電池電壓Vt沒有達(dá)到分隔電壓Ve時(shí)，則一直積分計(jì)算直到當(dāng)前電池電壓Vt達(dá)到分隔電壓Ve時(shí)，記錄與當(dāng)前分隔電壓Ve對(duì)應(yīng)的detaQ(k)值。

S07，判斷當(dāng)前電池電壓Vt是否大于等于充電截止電壓Vend；若當(dāng)前電池電壓Vt大于等于充電截止電壓Vend，則進(jìn)入步驟S08；若當(dāng)前電池電壓Vt小于充電截止電壓Vend，則進(jìn)入步驟S09。

S08，充電結(jié)束。

S09，判斷當(dāng)前電池電壓Vt是否大于等于分隔電壓Ve；若當(dāng)前電池電壓Vt大于等于分隔電壓Ve，則進(jìn)入步驟S10；若當(dāng)前電池電壓Vt小于分隔電壓Ve，則進(jìn)入步驟S05，再次采集當(dāng)前電池電壓Vt。

S10，將當(dāng)前分隔電壓Ve更新為初始電壓V0。

S11，計(jì)算與第K個(gè)微分容量detaQ(k)對(duì)應(yīng)的第K個(gè)SOC(k)。

具體地，將k個(gè)detaQ值累加以得出總電量sumQ的值，其中，所述總電量sumQ的計(jì)算公式如下：

進(jìn)一步地，依據(jù)總電量sumQ的值以及所述磷酸鐵鋰電池的標(biāo)稱容量值capacity計(jì)算得出SOC(k)的值，其中計(jì)算SOC(k)值的公式如下：

SOC(k)＝sumQ/capacity。

具體地，請?jiān)賲㈤唸D4，其為采用以上步驟獲得磷酸鐵鋰電池分別在20℃以及30℃的detaQ-SOC曲線圖。其中，所述磷酸鐵鋰電池的容量為20Ah，以6A(0.3C)的恒定電流Cur進(jìn)行充電。

S230，確定SOC特征點(diǎn)SOCflag。

具體地，將最高的微分容量detaQ值所對(duì)應(yīng)的SOC值作為SOC特征點(diǎn)SOCflag。若不同溫度下的SOC特征點(diǎn)SOCflag不同時(shí)，則取多個(gè)SOC特征點(diǎn)SOCflag的平均值。例如，從圖4中可以看出，在不同的溫度工況下的detaQ-SOC曲線均存在兩個(gè)明顯的峰值，并且每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的SOC值都相對(duì)穩(wěn)定，選定對(duì)應(yīng)著最高峰值的SOC值作為特征點(diǎn)SOCflag。在本實(shí)施方式中，溫度為30℃的detaQ-SOC曲線的最高峰值對(duì)應(yīng)的SOC值為0.3994，溫度為20℃的detaQ-SOC曲線的最高峰值對(duì)應(yīng)的SOC值為0.4184，因此，取二者的平均值0.4089作為SOC特征點(diǎn)SOCflag。

S240，在線計(jì)算當(dāng)次充電積分容量特征值A(chǔ)hi。

充電積分容量特征值A(chǔ)hi為在第i次充電中，從detaQ-SOC曲線的最高峰值開始直至充滿電期間累計(jì)充入的電量。磷酸鐵鋰電池在實(shí)際使用過程中會(huì)隨著充電次數(shù)增加，將會(huì)產(chǎn)生越來越多的充電積分容量特征值A(chǔ)hi(i＝1,2,3…..)。請參閱圖5，其為磷酸鐵鋰電池兩次在不同溫度下充電的全部detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的detaQ值。從圖5中可以看出合計(jì)約有780個(gè)點(diǎn)，可以理解，所述detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)由開始充電時(shí)的充電電壓V0與充電截止電壓Vend之間的差值除以電壓片段的區(qū)間長度為detaV所得。

圖6為圖5中的部分detaQ數(shù)據(jù)點(diǎn)?？梢钥闯鲈?0℃下的某次充電時(shí)在第209個(gè)點(diǎn)detaQ值達(dá)到了最大峰值，從這個(gè)時(shí)刻開始，到充電結(jié)束期間累計(jì)充入的電量即為此次的充電積分容量特征值。在20℃下的某次充電時(shí)在第212個(gè)點(diǎn)detaQ值達(dá)到了最大峰值，從這個(gè)時(shí)刻開始，到充電結(jié)束期間累計(jì)充入的電量即為此次的充電積分容量特征值。經(jīng)過20℃和30℃的兩次充電，產(chǎn)生了兩個(gè)充電積分容量特征值。

S250，在線計(jì)算當(dāng)前最優(yōu)容量估算值CAPbest。

通過步驟S240可以得到一系列充電積分容量特征值[Ah1，Ah2，Ah3，Ah4，Ah5,….]，結(jié)合步驟S230的SOC特征點(diǎn)SOCflag，根據(jù)最小二乘法原理即可計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)電池容量的估算值CAPbest，計(jì)算公式如下：

其中，CAPbest為當(dāng)前最優(yōu)容量估算值；Ahi為充電積分容量特征值。

本發(fā)明提出了一種磷酸鐵鋰電池容量在線估算方法，本方法利用磷酸鐵鋰電池特殊的電壓特性，在日常充電過程中使用庫倫積分的方法，結(jié)合最小二乘法最優(yōu)值估算原理，經(jīng)過多次充電后估算出磷酸鐵鋰電池當(dāng)前的容量值，從而實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池老化容量的實(shí)時(shí)在線跟蹤。

本方法在電池日常使用過程中不必增添額外的測量設(shè)備，只需要在電池充電過程中配合電池管理系統(tǒng)，即可在線實(shí)時(shí)地完成電池實(shí)際容量的估算，成本低、可操作性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高。

本發(fā)明并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所描述，因此對(duì)于熟悉領(lǐng)域的人員而言可容易地實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和修改，故在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念的精神和范圍的情況下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和這里示出與描述的圖示示例。