[发明专利]一种估算锂离子动力电池组剩余可用容量的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，特别涉及一种估算锂离子动力电池组剩余可用容量的方法和系统。

背景技术

目前，锂离子动力电池组剩余可用容量的估算方法有：

(1)测量电池电解液的有效质量

通过测量电池电解液的有效质量计算SOC(剩余容量)值。该方法对于可直接测量电解液质量的铅酸电池比较适合，理论上可以精确测量SOC。但目前纯电动及混合动力应用场合主要使用镍氢电池和锂电池，均为封闭结构，没有有效的手段能在线精确测量出电池电解液的有效质量，不存在实际应用价值。

(2)安时积分计算方法

这是测量SOC的基本方法，计算公式为：

SOCk=SOCk-1+∫k-1kη×i(t)dt]]>

通过精确测量在k-1至k时刻流经电池组的电流(i(t))，可以计算该时间段内电流积分值，加上充电效率或放电倍率的修正，与电池组初始状态相加(假定充电电流方向为正，放电电流方向为负)，即得到电池组当前的SOC值。在实际应用场合，由于存在安时积分的累计误差，并且随着使用时间的增加误差会逐渐增加，属于“开环”的估算方法，缺少必要的反馈修正机制，所以单独采用该方法对电池的SOC进行估算并不能取得很好的效果。

(3)测量交流阻抗

通过在电池组两端叠加一个交流信号，测量电池组的电压变化，计算电池组的交流阻抗，以此作为计算SOC的标准。这种方法存在以下几个方面的问题：①电池组的交流阻抗只是在电池SOC很低或很高的时候变化率比较大，在SOC处于中间段时变化率很小，如果测量不够精确，计算误差会比较大；②电池的交流阻抗受很多非线性因素的影响，如温度、前一时刻充放电状态、是否充分静置等，在相同的SOC下可能存在不同的交流阻抗值，或相同的交流阻抗值下可能存在不同的SOC值，不能找到确定的一一对应关系；③电池组的交流阻抗值不仅由电池的化学特性决定，不同的极板结构、电解液配方的电池会表现出不同的交流阻抗值，同时电池的制作工艺也起到很重要的作用，即便同一生产工艺的不同批次电池之间交流阻抗与SOC之间的对应关系也存在差异；④在不同的电流频率下计算出来的交流阻抗可能存在比较大的差异。在纯电动和混合动力场合，基本不可能使用某一固定频率的交流电流对电池进行充放电，因此实际应用意义不大。

(4)测量开路电压(OCV)

通过建立OCV--SOC之间的关系(一般通过试验测定)，在测量电池的开路电压之后，计算SOC。该方法对OCV--SOC之间的关系测量较严格。OCV--SOC之间存在单调、稳定的关系，但是，由于开路电压法的基本原理是将电池充分静置，使电池端电压恢复至开路电压，静置时间一般在1小时以上，不适合电动汽车的实时在线检测。

(5)测量零负载电压

该方法是在开路电压法的基础上，为实时检测需要作修改得来。通过建立电池模型和测定开路电压，在电池充放电过程中，测量电池端电压和电流，计算开路电压，从而得到SOC。通过建立电池模型，可以在有电流的情况下计算零负载电压，并认为这个电压即为电池的开路电压。这种方法弥补了“开路电压法”不能实时在线测量的缺陷，但存在以下缺点，不能够达到准确计算SOC的目的：①需要准确测得OCV--SOC曲线；②要求准确地建立电池模型；③要求准确计算电池模型中的各阻抗参数，通常这些参数受温度、电流、充放电状态等非线性因素的影响，很难计算精确，而这些参数的微小变化会对OCV的计算造成较大的误差，从而影响到SOC的估算精度。

(6)建立在线辨识电池的准确模型