一种防过载的动力电池充放电监管控制方法技术

本发明专利技术提出了一种防过载的动力电池充放电监管控制方法，其步骤如下：通过电压变化率计算待测动力电池各个温度和不同SOC处的电流充/放电极限倍率；通过最大电流充/放电倍率确定不同温度和SOC处的充/放电上限电压；将各个温度下电流充/放电倍率作为过载电流阈值，不同温度下和SOC处的充电上限电压及放电上限电压作为电池老化故障阈值，判断故障持续时间是否超过所设偶然持续时间，发出报警信号；老化后对动力电池容量进行重新标定，校正当前电池容量下的充电上限电压及放电上限电压。本发明专利技术将电流最大加载倍率和电压工作区间作为整车电池系统工作的监控对象，操作方便，可靠性高，易于判定工作状态，辨识故障类型，提高了系统的可行性和可靠性。

A Supervisory Control Method for Charge and Discharge of Power Batteries Against Overload

【技术实现步骤摘要】
一种防过载的动力电池充放电监管控制方法
本专利技术涉及动力电池监管的
，尤其涉及一种防过载的动力电池充放电监管控制方法。
技术介绍
动力电池作为能源储备设备，在日常生活中发挥着重要的作用。为减少动力电池滥用现象的发生，需对动力电池的状态进行实时监控与诊断，因此研究和开发动力电池故障诊断系统具有重要意义和工作价值。动力电池故障诊断系统是各种材料电池管理系统重要的组成部分，该系统通过实时监测电池的充放电电流、电压、温度等电池状态数据，对动力电池可能存在的故障进行判断，给出相应的处理措施，避免动力电池发生严重的故障，保障动力电池管理系统的可靠性和安全性，延长动力电池的使用寿命。动力电池组在整车使用过程中，由于汽车自身空间的局限性，使得动力电池组内部单体实时遭受不同程度的温度应力、充放倍率以及加载模式等应力冲击，造成电池极易出现不同程度的老化故障和过载现象。
技术实现思路
针对现有整车动力电池系统实时遭受多种耦合应力冲击，易造成动力电池组老化程度的不一致，致使单体电池频繁处于过充/放、过载状态或能量利用率低下等技术问题，本专利技术提出一种防过载的动力电池充放电监管控制方法，限定动力电池组在不同环境应力下的加载阀值，确保系统的安全性和可靠性，延长其整车的使用寿命。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种防过载的动力电池充放电监管控制方法，其步骤如下：步骤一：检测待测动力电池是全新电池或是使用过一段时间的电池，如果是使用过一段时间的电池对其进行小电流容量测试，标定当前容量值；步骤二：通过电压变化率计算待测动力电池各个温度和不同SOC处的电流充/放电极限倍率；步骤三：通过最大电流充电倍率确定不同温度和SOC处的充电上限电压；通过最大电流放电倍率确定不同温度和SOC处的放电上限电压；步骤四：将不同温度下和SOC处的电流充/放电极限倍率、充电上限电压及放电上限电压输入到动力电池故障诊断系统；步骤五：动力电池故障诊断系统的温度采集模块实时检测动力电池的工作温度，SOC模块实时采集动力电池的实时SOC；步骤六：动力电池故障诊断系统判断电流采集模块实时检测的充电电流或放电电流是否超过当前温度下和SOC处步骤二计算的相应的电流充电倍率或电流放电倍率，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池加载倍率过大并发出报警信号，当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤七：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实施充电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的充电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤八：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实时放电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的放电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤九：利用小倍率加载模式对动力电池容量进行重新标定，并校正动力电池容量下不同SOC阶段对应的充电上限电压及放电上限电压，返回到步骤四。所述步骤二中通过电压变化率计算电流充/放电极限倍率的方法为：1)在室温条件下，在每隔5％SOC下对动力电池以最大倍率值充电Δt后搁置一段时间，确保动力电池的温度变化小于1℃，通过电压检测模块实时检测充电前后动力电池的电压值，得到电压变化率：其中，gi是第i个Δt内的电压变化率；VBi是第i个Δt充电后的电压值；VAi是第i个Δt脉冲测试前的电压值，i＝5,10,15，……，100；2)得到每隔5％SOC下的电压变化率：g＝[g5,g10,g15,g20······g100]；3)在相同SOC下电压变化率gi保持不变，通过测量当前的充电电阻和放电电阻计算当前温度充电最大电流和放电最大电流：其中，Imax_表示充电最大电流；Rc表示当前SOC处的充电电阻；Imax_表示放电最大电流；Rd表示当前SOC处的放电电阻，gi是第i个Δt内的电压变化率；4)得到当前温度不同SOC处所对应的电流充/放电极限倍率：I＝[I5,I10,I15,I20·······I100]；5)循环步骤3)和步骤4)，得到-20℃—30℃每个温度相应的电流充/放电极限倍率；当工作温度≥30℃时，按照30℃的电流充/放电极限倍率设定。所述步骤三中计算不同温度和SOC处的充电上限电压或放电上限电压的方法为：1)在室温条件下，动力电池容量SOC从0-100％变化，限制脉冲加载时间确保电池表面温度稳定在25℃±0.5℃，当前室温和当前SOC下的充电上限倍率Imax-充充电t2后，记录此时电压数据，然后静置t1，再采用小倍率电流充电5％SOC；以此类推直到100％SOC可以得出一系列在最大充电电流倍率下充电电压上限最大值，采用高阶拟合方法，得到充电电压上限曲线；放电同理可得一系列点，连接起来可得放电电压-SOC变化曲线；2)根据充电电压上限曲线和充/放电电压-SOC变化曲线推导出电池电压V和SOC与温度T之间的如下关系式：其中，V1是动力电池充电截止电压；V2是动力电池放电截至电压；Vc是各SOC下最大倍率加载时充电上限电压；Vd是各SOC下最大倍率加载时放电下限电压；V(soc,T)_c是当前动力电池充电电压上限值；V(soc,T)_d是当前动力电池放电电压下限值；3)当V(soc,T)_c≥Vc时以电池上限电压进行限制，V(soc,T)_c<Vc时以当前电压继续充电，当V放止≥V2时以电池下限电压进行限制，V(soc,T)_d<Vd时以当前电压继续充电；4)循环步骤1)和2)测试不同温度下的电池充放电上下限电压，可以通过已经得出的不同SOC区间的充/放电电流极限倍率和实验测试电阻的乘积，测算出电池在不同工作温度下的电池的充/放电上下限电压。所述动力电池故障诊断系统由温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、SOC采集模块组成，温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、SOC采集模块均与主控制器相连接，主控制器分别与计时器和报警器相连接。所述步骤九中标定和校正的方法为：确定实时的△SOC进行电池当前监测数据的匹配，实时的ΔSOC的计算方法是：其中，Q是当前状态下通过小倍率电流进行充电确定可用最大容量；I是当前状态下电池电流；判断动力电池老化故障后利用小倍率电流对动力电池进行充电，确定出当前电池总容量，然后匹配当前电池容量下的SOC和之前数据相对应进行校正修定老化后SOC-V的关系曲线。本专利技术的有益效果：通过在常温下施加脉冲电流确定出电压变化率并设定为恒值，分别计算出不同温度和SOC处电流充/放电最大加载倍率，得到实时的电压工作上下限阀值，即电压工作区间。将电流最大加载倍率和电压工作区间作为整车电池系统工作的监控对象，操作方便，可靠性高，易于精确判定出当前系统的工作状态，辨识故障类型；通过监管控制对故障发生后电池系统的最大可用容量进行再次标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防过载的动力电池充放电监管控制方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：检测待测动力电池是全新电池或是使用过一段时间的电池，如果是使用过一段时间的电池对其进行小电流容量测试，标定当前容量值；步骤二：通过电压变化率计算待测动力电池各个温度和不同SOC处的电流充/放电极限倍率；步骤三：通过最大电流充电倍率确定不同温度和SOC处的充电上限电压；通过最大电流放电倍率确定不同温度和SOC处的放电上限电压；步骤四：将不同温度下和SOC处的电流充/放电极限倍率、充电上限电压及放电上限电压输入到动力电池故障诊断系统；步骤五：动力电池故障诊断系统的温度采集模块实时检测动力电池的工作温度，SOC模块实时采集动力电池的实时SOC；步骤六：动力电池故障诊断系统判断电流采集模块实时检测的充电电流或放电电流是否超过处步骤二计算的当前温度下和SOC处的电流充电倍率或电流放电极限倍率，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池加载倍率过大并发出报警信号，当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤七：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实施充电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的充电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤八：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实时放电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的放电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤九：利用小倍率加载模式对动力电池容量进行重新标定，并校正动力电池容量下不同SOC阶段对应的充电上限电压及放电上限电压，返回到步骤四。...

【技术特征摘要】
1.一种防过载的动力电池充放电监管控制方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：检测待测动力电池是全新电池或是使用过一段时间的电池，如果是使用过一段时间的电池对其进行小电流容量测试，标定当前容量值；步骤二：通过电压变化率计算待测动力电池各个温度和不同SOC处的电流充/放电极限倍率；步骤三：通过最大电流充电倍率确定不同温度和SOC处的充电上限电压；通过最大电流放电倍率确定不同温度和SOC处的放电上限电压；步骤四：将不同温度下和SOC处的电流充/放电极限倍率、充电上限电压及放电上限电压输入到动力电池故障诊断系统；步骤五：动力电池故障诊断系统的温度采集模块实时检测动力电池的工作温度，SOC模块实时采集动力电池的实时SOC；步骤六：动力电池故障诊断系统判断电流采集模块实时检测的充电电流或放电电流是否超过处步骤二计算的当前温度下和SOC处的电流充电倍率或电流放电极限倍率，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池加载倍率过大并发出报警信号，当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤七：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实施充电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的充电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤八：动力电池故障诊断系统判断电压采集模块检测的实时放电电压是否超过步骤四计算的当前温度下和SOC处的放电上限电压，若不超过返回步骤五；若超过则计时器开始工作，当故障持续时间t’超过所设偶然持续时间t，则动力电池故障诊断系统判断当前电池老化故障，转入步骤九；当故障持续时间t’不超过所设偶然持续时间t，计时器清零；步骤九：利用小倍率加载模式对动力电池容量进行重新标定，并校正动力电池容量下不同SOC阶段对应的充电上限电压及放电上限电压，返回到步骤四。2.根据权利要求1所述的防过载的动力电池充放电监管控制方法，其特征在于，所述步骤二中通过电压变化率计算电流充/放电极限倍率的方法为：1)在室温条件下，在每隔5％SOC下对动力电池以最大倍率值充电Δt后搁置一段时间，确保动力电池的温度变化小于1℃，通过电压检测模块实时检测充电前后动力电池的电压值，得到电压变化率：其中，gi是第i个Δt内的电压变化率；VBi是第i个Δt充电后的电压值；VAi是第i个Δt脉冲测试前的电压值，i＝5,10,15，……，100；2)得到每隔5％SOC下的电压变化率：g＝[g5,g10,g15,g20······g100]；3)在相同SOC下电压变化率gi保持不变，通过测量当前的充电电阻和放电电阻计算当前温度充电最大电流和放电最大电流：其中，Imax...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚雷，陈向田，孙振，李志强，刘强，郭梁，董俊杰，刘志鹏，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41