一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法技术

本发明专利技术提出一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法。该方法的实施基于锂离子电池组的充电过程和单体电池的放电过程，在锂离子电池组中包含N个处于同一老化状态的电池单体，该方法包括：将锂离子电池组中最先充满电的单体电池作为基准电池，根据充放电曲线计算近似Q‑OCV曲线QV0；根据第i只待估容量单体电池的充放电曲线计算其近似Q‑OCV曲线QVi；分别对QV0和QVi进行微分计算，得到容量微分曲线D0和Di，将D0和Di归一化后，对Di进行平移使其与D0重合；记录Di中充电截止时刻的近似OCVi(曲线终点值)；根据曲线VQ0计算基准电池的近似SOC‑OCV曲线S0；在曲线S0中确定与OCVi对应的SOCi值；根据第i只单体电池的部分放电容量和SOCi值计算第i只单体电池的实际容量。

A Method for Estimating the Capacity of Single Battery in Lithium Ion Batteries

The invention provides a method for estimating the capacity of a single battery in a lithium ion battery pack. The implementation of this method is based on the charging process of lithium-ion batteries and the discharge process of individual batteries. In the lithium-ion batteries, N batteries in the same aging state are included. The method includes: taking the first batteries in the lithium-ion batteries as the reference batteries, calculating the approximate Q_OCV curve QV0 according to the charging and discharging curves, and estimating the capacity of individual batteries only according to the first one. Calculate the approximate Q_OCV curve QVi of the charge-discharge curve of Di; Calculate the approximate Q_OCV curve QVi of QV0 and QVi respectively; Calculate the capacity differential curves D0 and Di, normalize D0 and Di, and then translate Di to coincide with D0; Record the approximate OCVi of the charging cut-off time in Di (the end value of the curve); Calculate the approximate SOC_OCV curve S0 of the reference battery according to the curve VQ0; Determine SO corresponding to OCVi Ci value; the actual capacity of the first cell is calculated according to the partial discharge capacity and SOCI value of the first cell.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法
本专利技术属于车用及储能动力电池
，主要涉及一种锂离子电池组中单体电池容量的估算方法。
技术介绍
随着国家大力倡导新能源，电动汽车的发展异军突起，成为替代传统燃油车辆的最佳选择。锂离子电池作为电动汽车的心脏，对电动汽车的行驶里程和功率特性起着决定性作用。电池容量是衡量电池性能的一个重要指标，也是决定电动汽车行驶里程的重要因素之一。由于电动汽车对电池能量的需求，用于电动汽车的电池都是通过大量单体电池并联和串联而成的电池组形式，因此，能够了解锂离子电池组的可用容量对于汽车电池管理而言至关重要。由于锂离子电池组中各单体电池之间存在不一致性，因此锂离子电池组的可用容量与单体电池可用容量之间存在差异。当锂离子电池组中某只电池达到充电截止电压时，锂离子电池组充电结束，此时锂离子电池组充入的电量即为锂离子电池组的充电容量，此时，其他没有达到充电截止电压的电池只充入了部分电量，导致充电电压高端部分容量不可用；类似地，当锂离子电池组中某只电池达到放电截止电压时，锂离子电池组放电结束，此时锂离子电池组放出的电量即为锂离子电池组的放电容量，此时，其他没有达到放电截止电压的电池只放出了部分电量，导致放电电压低端部分容量不可用。如此以来，势必造成锂离子电池组的容量浪费。因此，在使用过程中需要对锂离子电池组进行均衡管理，而均衡策略的制定是基于单体电池容量和单体电池剩余容量(SOC)状态进行的，由此可知，了解单体电池之间容量差异至关重要，换句话说，掌握锂离子电池组中单体电池容量对于制定锂离子电池组均衡策略有着重要的指导意义。目前，对于单体电池的容量估计和SOC估计的研究很多，但是由于单体电池的不一致性，成组后的可用容量与成组前相比存在一定差异，因此，根据单体电池容量估计的方法进行锂离子电池组容量估计是不可取的。为达到电动汽车上电池能量最大化利用，需要掌握每个单体电池容量，从而为制定锂离子电池组的均衡策略奠定基础。
技术实现思路
为解决上述动力电池应用中的技术问题，在本专利技术专利中，提出了一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法，包括以下步骤：S1：将锂离子电池组中最先充满电的单体电池作为基准电池，根据基准电池的充、放电曲线计算基准电池的近似Q-OCV曲线QV0；S2：根据第i只待估容量单体电池的充、放电曲线计算待估容量单体电池的近似Q-OCV曲线QVi；S3：分别对QV0和QVi进行微分计算，得到基准电池的容量微分曲线D0和待估容量单体电池的容量微分曲线Di，将D0和Di归一化后，对Di进行平移使Di与D0重合；S4：记录Di中充电截止时刻的近似OCV值OCVi(曲线终点值)；S5：根据曲线QV0计算基准电池的近似SOC-OCV曲线S0；S6：在曲线S0中确定与OCVi对应的SOC值SOCi；S7：根据第i只待估容量单体电池的部分放电容量Qi和SOCi计算第i只待估容量单体电池的实际容量Qir。在上述方案的基础上，所述锂离子电池组中包含N只单体电池，N≥2，且为整数。在上述方案的基础上，所述锂离子电池组中的电池可以为新电池，也可以为经历过相同老化路径的梯次利用电池，或者是使用过一段时间的旧电池。在上述方案的基础上，所述基准电池的近似Q-OCV曲线QV0由基准电池的充、放电曲线以及充放电倍率计算而得；假设电池的充电倍率为mC，放电倍率为nC，基准电池充电曲线中某一时刻t时的电压值为Vtc，放电曲线中相同时刻的电压值为Vtd，则近似OCV值的计算公式为OCV(V)＝Vtc-[m/(m+n)]×(Vtc-Vtd)＝Vtd+[n/(m+n)]×(Vtc-Vtd)，其中，m∈(0,k1]，n∈(0,k2]，k1、k2分别为电池的最大允许充电倍率和最大允许放电倍率。在上述方案的基础上，步骤S2中所述待估容量单体电池的近似Q-OCV曲线QVi的计算和获取方法与基准电池的近似Q-OCV曲线QV0的计算和获取方法相同。在上述方案的基础上，所述锂离子电池组首先放电至单只单体电池到达放电截止电压，再充电至单只单体电池到达充电截止电压，然后对每只单体电池放电至放电截止电压。在上述方案的基础上，所述最先到达放电截止电压的单体电池和最先到达充电截止电压的单体电池不一定是同一只电池。在上述方案的基础上，所述步骤S3中所述容量微分曲线通过多种微分计算方式获取，包括但不限于直接求导、电压插值等。在上述方案的基础上，所述Di的归一化包括峰强和峰位置的归一化。在上述方案的基础上，步骤S5中当基准电池电压达到充电截止电压后，附加一个对每只待估容量单体电池放电至2.5V截止电压的步骤，由此可得基准电池的实际放电容量Q0和待估容量单体电池的部分放电容量Qi，基于基准电池的实际放电容量Q0将QV0曲线中的容量Q转化为SOC，假设t时刻基准电池的容量为Qt，则该时刻对应的SOC值SOCt＝Qt/Q0×100％，得到基准电池的SOC-OCV曲线S0。在上述方案的基础上，步骤S7中利用第i只待估容量单体电池的部分放电容量Qi和SOCi估算待估容量单体电池的实际容量Qir，计算公式为Qir＝Qi/SOCi；此外，还可以基于SOC-OCV曲线，采用ΔQ/ΔSOC的思想计算待估容量单体电池的实际容量Qir，Qir＝ΔQ/ΔSOC，ΔQ为OCV区间两端点对应的电池容量之差，ΔSOC为OCV区间两端点对应的SOC之差。在上述方案的基础上，所述ΔSOC不限于[0,SOCi]，可以是此区间内的任何一个子区间；优选地，SOC区间在10％-95％之间选取。在上述方案的基础上，所述锂离子电池组的电池类型为现有各种商用锂离子电池，包括负极为石墨，正极为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元的电池，还包括负极为钛酸锂，正极为以上各种材料的电池，但不限于这几类电池。本专利技术的有益效果如下：本专利技术专利的提出，将单体电池容量估计的方法应用到锂离子电池组中，实现了锂离子电池组中单体电池的容量估算，对电动车用锂离子电池的均衡策略制定奠定了良好的基础，具有很重要的现实意义，此专利技术方法可以用于电池组在循环过程中处于不同老化阶段时的单体电池容量估算。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明；图1为本专利技术的锂离子电池组中单体电池容量估算方法的流程图；图2为本专利技术实施例的基准电池的近似Q-OCV曲线图；图3为本专利技术实施例的待估容量单体电池的近似Q-OCV曲线图；图4为本专利技术实施例的基准和待估容量单体电池的微分容量曲线图；图5为本专利技术实施例的基准和待估容量单体电池的微分容量曲线归一化图；图6为本专利技术实施例的基准电池的近似SOC-OCV图；图7为本专利技术实施例的容量估算结果图；图8为本专利技术实施例的容量估算的相对误差图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明，通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。图1所示为根据本专利技术的锂离子电池组中单体电池容量估算方法的流程图。本专利技术的思想基于锂离子电池组中N只单体电池经历的老化路径相同，且各单体电池的SOC-OCV曲线一致的假设，认为组成锂离子电池组的各单体电池处于相同SOC状态时的OCV也相同，即锂离子电池组中各单体电池之间的SOC-OCV曲线能够重合，认为内阻不一致性对该曲线影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将锂离子电池组中最先充满电的单体电池作为基准电池，根据基准电池的充、放电曲线计算基准电池的近似Q‑OCV曲线QV0；S2：根据第i只待估容量单体电池的充、放电曲线计算待估容量单体电池的近似Q‑OCV曲线QVi；S3：分别对QV0和QVi进行微分计算，得到基准电池的容量微分曲线D0和待估容量单体电池的容量微分曲线Di，将D0和Di归一化后，对Di进行平移使Di与D0重合；S4：记录Di中充电截止时刻的近似OCV值OCVi；S5：根据曲线QV0计算基准电池的近似SOC‑OCV曲线S0；S6：在曲线S0中确定与OCVi对应的SOC值SOCi；S7：根据第i只待估容量单体电池的部分放电容量Qi和SOCi计算第i只待估容量单体电池的实际容量Qir。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池组中单体电池容量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将锂离子电池组中最先充满电的单体电池作为基准电池，根据基准电池的充、放电曲线计算基准电池的近似Q-OCV曲线QV0；S2：根据第i只待估容量单体电池的充、放电曲线计算待估容量单体电池的近似Q-OCV曲线QVi；S3：分别对QV0和QVi进行微分计算，得到基准电池的容量微分曲线D0和待估容量单体电池的容量微分曲线Di，将D0和Di归一化后，对Di进行平移使Di与D0重合；S4：记录Di中充电截止时刻的近似OCV值OCVi；S5：根据曲线QV0计算基准电池的近似SOC-OCV曲线S0；S6：在曲线S0中确定与OCVi对应的SOC值SOCi；S7：根据第i只待估容量单体电池的部分放电容量Qi和SOCi计算第i只待估容量单体电池的实际容量Qir。2.如权利要求1所述的锂离子电池组中单体电池容量估算方法，其特征在于，所述锂离子电池组中包含N只单体电池，N≥2，且为整数；所述锂离子电池组中的电池包括新电池、经历过相同老化路径的梯次利用电池和使用过一段时间的旧电池。3.如权利要求1所述的锂离子电池组中单体电池容量估算方法，其特征在于，所述锂离子电池组的电池类型为现有各种商用锂离子电池，包括负极为石墨，正极为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴锰三元的电池，还包括负极为钛酸锂，正极为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴锰三元的电池。4.如权利要求1所述的锂离子电池组中单体电池容量估算方法，其特征在于，所述基准电池的近似Q-OCV曲线QV0由基准电池的充、放电曲线以及充放电倍率计算而得；假设电池的充电倍率为mC，放电倍率为nC，基准电池充电曲线中某一时刻t时的电压值为Vtc，放电曲线中相同时刻的电压值为Vtd，则近似OCV值的计算公式为OCV(V)＝Vtc-[m/(m+n)]×(Vtc-Vtd)＝V...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳静，张维戈，张彩萍，张言茹，姜久春，王占国，龚敏明，周兴振，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11