一种考虑并联电池差异的电池组容量估算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑并联电池差异的电池组容量估算方法，包括：S1基于基尔霍夫电压定律，建立电池充电电压表达式；S2利用数学变化法使老化后的充电电压‑容量曲线与标准曲线重合；将老化后的充电电压‑容量曲线纵向平移ΔU使其在充电平台期与标准曲线重合，再将纵向平移后的电池老化曲线横向拉伸k倍并平移使两条曲线重合，则老化后单体电池容量可表示为：C2＝C1/k；S3根据水桶效应原理，将电池组容量表示为：Cpack＝min(Ci)＝min(Cri)+Cc；S4假设“正常单节电池”内部各单体电池间参数一致，利用“正常单节电池”容量估算电池组容量：Cpack＝C0·SOClimit_V。本发明专利技术考虑了并联单体电池差异对单节电池容量的影响，保证了各单体电池安全。

A battery capacity estimation method considering the difference of parallel batteries

The invention discloses a method for estimating the battery capacity of batteries in parallel, consider the differences include: S1 Kirchhoff voltage law based on a battery charging voltage S2 charging voltage expression; the capacity curve and standard curve coincide after aging changes by using mathematical method; the charging voltage capacity curve after aging the longitudinal displacement Delta U the charging platform period and standard curve coincide, the longitudinal displacement after the battery aging curve of transverse tensile K times and the translation of the two curves are coincident, aging battery capacity can be expressed as: C2 = C1/k; S3 according to the bucket effect principle, the battery capacity is expressed as: Cpack = min (Ci) = min (Cri) +Cc; S4 hypothesis \normal single battery\ between each single battery parameters, estimation of battery capacity using the normal single battery capacity: Cpack = C0 - SOClimit_V . The invention considers the influence of the difference of the parallel monomer battery on the capacity of the single cell, and ensures the safety of each monomer battery.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑并联电池差异的电池组容量估算方法
本专利技术属于电动汽车
，具体涉及电动汽车动力电池容量估算方法。
技术介绍
为了防止电动汽车动力电池组过充过放，延长电池组循环使用寿命，从而提高电动汽车整体性能和安全性，一般要求电池管理系统能够实时准确的预估电池组容量。目前，针对单体电池，研究者提出了一系列基于模型与数据融合的电池容量估算方法，包括：最小二乘法、卡尔曼滤波算法、多元自适应回归样条、支持向量机及粒子滤波算法等，这些方法在对单体电池容量估算时表现出了良好的适应性及较高的精度。电池组集成时，一般会对单体电池进行筛选，选出具有相似容量及内阻的单体电池，并联构成单节电池，再将单节电池串联成电池组。若将电池组视为一个大容量高电压的单体电池，理论上单体电池容量估算方法经过简单数量乘积即可直接用于电池组容量的估算。鉴于单体电池间差异，电池组容量将受到短板效应的影响。研究者将单节电池视作整体，仅考虑电池组中串联成分单节电池差异，对电池组容量的估算方法进行了研究。通过增加描述单节电池容量的状态方程，分别利用卡尔曼滤波算法及最小二乘法对电池组中各单节电池容量进行求解，进而实现了电池组容量的估算。为了提高效率，提出了双时间尺度扩展卡尔曼滤波算法，通过不同时间尺度分别求解单节电池容量及其荷电状态来估算电池组容量。这些算法中测量方程的建立一般基于模型或经验公式，导致算法的计算精度取决于所采用的单节电池模型精度，而建立包含并联单体电池差异的单节电池模型显得较为困难。针对此，在假设电池组中各单节电池荷电状态-开路电压曲线一致的前提下，提出利用单节电池充电电压曲线变换的电池组容量估算方法。将单节电池视为整体单元，单节电池容量一般被定义为单体电池容量与并联单体电池数的乘积，或从单节电池充电截止电压到其放电截止电压所能放出的总电量。但单节电池内各单体电池内阻差异将导致流经各单体电池电流的不一致，造成各单体电池充放电深度的不同，进而影响单节电池容量估算的准确性。这也是尽管有电池管理系统保护，单体电池仍出现过充/放的原因之一。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术基于单体电池使用安全性，研究考虑并联单体电池差异的电池组容量估算方法。采用的技术方案如下：基于基尔霍夫电压定律，电池充电电压V可表示为：其中，表示电阻R0上的电压，表示电阻Ri上的电压，i＝1…n。电池开路电压与SOC存在一定的函数关系，且该关系不随电池老化变化。由上式可知，假设单体电池内阻和充电电流不变，电池充电电压V只与电池开路电压Em有关，则单体电池V-SOC曲线完全重合。若单体电池剩余容量和总容量相同，则单体电池充电电压-容量曲线也将完全重合。实际电池内阻和容量将受电池老化的影响，这将导致老化后电池充电电压-容量曲线与标准曲线出现偏离。两条曲线电压方向的偏移主要是由于电池内阻的增加引起，在总充入容量方向的差异主要受制于单体电池容量的衰减。利用数学变化法可将老化后的充电电压-容量曲线与标准曲线重合，具体过程为：将老化后的充电电压-容量曲线纵向平移ΔU，使其在充电平台期与标准曲线重合，再将纵向平移后的电池老化曲线横向拉伸k倍并平移使两条曲线重合，则老化后单体电池容量可表示为C2＝C1/k，其中，C1、C2分别为标准及老化后单体电池容量，拉升因子k表示单体电池老化程度。根据水桶效应原理，电池组容量取决于充入容量和充电开始前最低单节电池剩余容量，则以保证电池组中各单体电池安全的前提下，电池组容量可表示为Cpack＝min(Ci)＝min(Cri)+Cc，其中，Cpack为电池组容量，Ci表示单节电池i的容量，Cri代表充电初期单节电池i的剩余容量，Cc为充入容量，i＝1...n.充电过程中，“正常单节电池”充电电压低于“差异单节电池”充电电压，充电起始时刻剩余容量最小的单节电池在充入相同容量的情况下表现出最低的充电电压。综上，可在假设“正常单节电池”内部各单体电池间参数一致的情况下，可利用“正常单节电池”容量估算电池组容量。假设“正常单节电池”内部各单体电池间参数一致的情况下，可利用“正常单节电池”容量估算电池组容量。若“正常单节电池”容量为C0，则电池组容量可表示为Cpack＝C0·SOClimit_V，式中，SOClimit_V表示当电池组中某一老化单节电池达到充电截止电压limit_V(此值与电池结构和充电电流有关)时“正常单节电池”SOC值。利用数学变换法估算“正常单节电池”容量C0，利用SOC与充电电压的关系曲线估算“正常单节电池”SOClimit_V。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了利用充电结束时“正常单节电池”SOC及容量估算电池组容量的新方法。该方法考虑了并联单体电池差异对单节电池容量的影响，保证了单体电池安全。该方法劈开了比较常用的基于电池模型的电池容量估算方法，具有高精度、高效率的特点。本专利技术高精度的原因是该方法不受制于电池模型参数老化的影响，本专利技术高效率在于直接采用充电电压曲线与容量的关系来估算“正常单节电池”容量及充电截止电压时SOC，进而实现电池组容量的估算。附图说明图1基于充电曲线单体电池容量估算原理。其中，(a)表示实测单体电池标准及老化后充电电压-充入电量曲线，(b)表示将老化后的电池充电电压-充入电量曲线纵向平移后的结果，(c)表示将纵向平移后的老化曲线横向拉升k倍并平移的结果。图2充电结束时正常单节电池SOC与充电电压关系。图3单体电池实测容量及欧姆内阻随循环数的变化曲线。图4利用函数关系法及安时积分法估算得到的电池组容量。具体实施方式下面结合附图1-4对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。基于基尔霍夫电压定律，电池充电电压V可表示为：式中，表示电阻R0上的电压，表示电阻Ri上的电压，i＝1…n。电池开路电压与SOC存在一定的函数关系，且该关系不随电池老化变化。由式(1)可知，假设单体电池内阻和充电电流不变，电池充电电压V只与电池开路电压Em有关，则单体电池V-SOC曲线完全重合。若单体电池剩余容量和总容量相同，则单体电池充电电压-容量曲线也将完全重合。实际电池内阻和容量将受电池老化的影响，这将导致老化后电池充电电压-容量曲线与标准曲线出现偏离，如图1(a)所示。两条曲线电压方向的偏移主要是由于电池内阻的增加引起，在总充入容量方向的差异受制于单体电池容量的衰减。利用数学变化法可将老化后的充电电压-容量曲线与标准曲线重合，具体原理如图1所示。图1(b)中将老化后的充电电压-容量曲线纵向平移ΔU，使其在充电平台期与标准曲线重合，再将纵向平移后的电池老化曲线横向拉伸k倍并平移使两条曲线重合，如图1(c)所示，则老化后单体电池容量可表示为：C2＝C1/k(2)式中，C1、C2分别为标准及老化后单体电池容量。拉升因子k表示单体电池老化程度。根据水桶效应原理，电池组容量取决于充入容量和充电开始前最低单节电池剩余容量，则以保证电池组中各单体电池安全的前提下，电池组容量可表示为：Cpack＝min(Ci)＝min(Cri)+Cc(3)式中，Cpack为电池组容量，Ci表示单节电池i的容量，Cri代表充电初期单节电池i的剩余容量，Cc为充入容量，i＝1...n.充电过程中，“正常单节电池”充电电压低于“差异单节电池”充电电压，充电起始时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑并联电池差异的电池组容量估算方法，其特征在于，包括如下：S1：基于基尔霍夫电压定律，电池充电电压V表示为：

【技术特征摘要】
1.一种考虑并联电池差异的电池组容量估算方法，其特征在于，包括如下：S1：基于基尔霍夫电压定律，电池充电电压V表示为：式中，表示电阻R0上的电压，表示电阻Ri上的电压，i＝1…n；Em表示开路电压；S2：利用数学变化法将老化后的充电电压-容量曲线与标准曲线重合；将老化后的充电电压-容量曲线纵向平移ΔU，使其在充电平台期与标准曲线重合，再将纵向平移后的电池老化曲线横向拉伸k倍并平移使两条曲线重合，则老化后单体电池容量可表示为：C2＝C1/k式中，C1、C2分别为标准及老化后单体电池容量，拉升因子k表示单体电池老化程度；S3：根据水桶效应原理，电池组容量取决于充入容量和充电开始前最低单节电池剩余容量，则以保证电池组中各单体电池安全的前提下，电池组容量可表示为：Cpack＝min(Ci)＝min(Cri)+Cc式中，Cpack为电池组容量，Ci表示单节电池i的容量，Cri代表充电初期单节电池i的剩余容量，Cc为充入容量，i＝1...n；S4：假设“正常单节电池”内部各单体电池间参数一致，利用“正常单节电池”容量估算电池组容量；具体地：假设“正常单节电池”容量为C0，则电池组容量可表示为：Cpack＝C0·SOClimit_V式中，SOClimit...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽梅，赵秀亮，刘良，盘朝奉，李国春，陈龙，江浩斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32