[发明专利]一种磷酸铁锂电池的剩余电量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂电池的剩余电量计算方法，属于电池电量估计技术领域。

背景技术

锂离子电池是目前应用最广泛的电池之一，涉及手机、平板、笔记本电脑、电动汽车和电网储能等领域。在所有锂离子电池应用场合，电池剩余电量估计功能都是必不可少的。电池剩余电量估计结果的准确程度受电池类型、电池成组规模、电池电压和电流测量精度、环境温度等因素的影响。

磷酸铁锂电池属于锂离子电池的一种，其正极材料特性稳定且矿产资源丰富，从而使其具有良好的安全性且相对低廉的价格。因此，近几年来磷酸铁锂电池发展迅猛，在电动汽车和电池储能方面占据了大部分的市场份额。磷酸铁锂的安全性并不意味着可以随意对电池进行充放电，即使设定电池电压和温度保护，不合理地使用电池，会加速电池老化，缩短电池使用寿命。合理利用电池，必须获悉电池实时准确的剩余电量，根据电池剩余电量制定充放电计划。

对于磷酸铁锂电池而言，电池的电压平台存在一个平稳区，即当电池电量变化时，电池电压基本不变。这一特性致使所有根据电池电压或以电池电压为辅助因素的电池剩余电量估计方法精度下降，甚至出现非常大的偏差。而不采用电池电压，仅根据电池电流进行电量估计势必带来累积误差。影响累积误差的因素包括算法运行时间、电流测量偏差、数字计算舍入误差等。这些影响因素都无法消除，因此累积误差无法避免且无法计算。采用电压与电流结合的方法，比如卡尔曼滤波器、模糊逻辑算法等，需要建立电池的等效电路模型或者数学模型，准确辨识模型内的参数，并且在嵌入式电池管理系统上实时运行算法程序。这些要求对于求解单个电池的剩余电量是可行的，但是在由多个电池单体串联组成的电池组中，当单体的总电量、内阻等电气特性出现不一致时，要根据复杂算法计算每一个单体剩余电量的计算量非常大，难以在电池管理系统上实现。

申请号为201310031935.1的中国专利申请中，公开了一种分段磷酸铁锂电池电量的测量方法，其缺点是区间分段没有充分利用磷酸铁锂电池的电气特性，在10%<SOC<90%区间内的估计算法依赖于电池模型，当电池特性变化时，该测量方法严重影响剩余电量的计算精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种磷酸铁锂电池的剩余电量计算方法，根据磷酸铁锂电池的开路电压变化特性，划分不同的电池工作区间，在不同的工作区间内按照不同的简单算法实现实时的剩余电量计算，并降低计算的复杂程度和对电池管理系统的运算性能要求，提高剩余电量计算的精度。

本发明提出的磷酸铁锂电池的剩余电量估计方法，包括以下步骤：

（1）设定磷酸铁锂电池充电截止时的开路电压为3.6V，在放电截止时的开路电压为2.5V，充电截止时的剩余电量为100%，放电截止时剩余电量为0%，选择剩余电量为2%，8%和98%的三个点，将剩余电量划分为0%至2%，2%至8%，8%至98%，98%至100%共四个区间，将四个区间分别定义如下：

根据上述定义，得到磷酸铁锂电池的开路电压-剩余电量之间的关系曲线和四个工作区间；

（2）根据上述磷酸铁锂电池的开路电压-剩余电量曲线，将与剩余电量为2%、8%和98%相对应的开路电压分别记为修正区下限开路电压U_md、修正区上限开路电压U_mu和运行区上限开路电压U_ou，与剩余电量为8%相对应的开路电压记为U_od，修正区上限开路电压U_mu与运行区下限开路电压U_od相等，以上四个开路电压之间存在以下关系：

U_md＜U_mu＝U_od＜U_ou；

（3）根据以下公式，计算磷酸铁锂电池在充电和放电过程中的开路电压OCV：

OCV＝u-i·R，

其中，u表示磷酸铁锂电池在充电和放电过程中的电压，i表示磷酸铁锂电池在充电和放电过程中的电流，设定充电时电流为正，放电时电流为负，R表示磷酸铁锂电池的内阻；

（4）将步骤（3）中的磷酸铁锂电池在充电和放电过程中的开路电压OCV与步骤（2）中的四个开路电压比较，根据比较结果判定磷酸铁锂电池的剩余电量：

（4-1）若开路电压OCV小于或等于修正区下限开路电压U_md，则判定电池工作在过放保护区，并根据步骤（1）中磷酸铁锂电池的开路电压-剩余电量之间的关系曲线得到磷酸铁锂电池的剩余电量；