基于析气现象的电池荷电状态以及发热量的估算制造技术

本发明专利技术涉及一种基于析气现象的电池荷电状态的估算方法以及发热量的估算方法、计算机设备和记录介质。所述基于析气现象的电池荷电状态的估算方法包括以下步骤：得到析气系数η；基于所得到的析气系数η，利用SOC动态方程计算电池的SOC值。本发明专利技术有利于准确计算得到电池的SOC状态和发热量。

Estimation of the state of charge and heat output of battery based on gas evolution

【技术实现步骤摘要】
基于析气现象的电池荷电状态以及发热量的估算
本专利技术涉及电池状态检测
，更具体地，涉及对电池荷电状态以及发热量的估算。
技术介绍
电池的荷电状态SOC定义为电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，揭示了电池的当前剩余电量。SOC常用百分数表示，其取值范围为0～1。当前已经建立的各种电池模型(诸如电化学模型、神经网络模型、交流阻抗模型、RC等效电路模型等)很难对处于临界状态的锂电池进行精确的SOC和发热量估算。因此，迫切需要改进的电池荷电状态估算方法。随着新能源汽车产业的发展，动力电池的研究取得了突飞猛进的发展。锂电池具有高能量比，长寿命以及高单体工作电压、低自放电率、强高低温适应性等优点，从而成为当今用于车辆动力储备的首选。在动力电池的实际应用中，对于车辆动力电池的SOC的实时监控和精确估算能保护电池，准确提醒用户剩余的续航里程。然而，在使用过程中，动力电池内部的电化学反应并且电流会产生热量。在一个示例中，在锂电池即将充满的临界状态下，锂电池内部发生电化学反应，产生析气现象。析气现象发生时，充电电能有一部分用于析气反应，没有全部用来充电。电极电位越高，析气现象越严重，电流的利用率越低。前面所提到的电池模型很少有考虑析气现象对SOC及其它状态变量的影响，因此很难描述锂电池在临界情况的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是，提高计算电池的荷电状态SOC的准确度。本专利技术的又一目的是，提高计算电池的发热量的准确度。为了实现上述目的或其他目的，本专利技术提供以下方案。按照本专利技术的第一方面，提供一种计算电池的荷电状态SOC的方法，其包括以下步骤：得到析气系数η；基于所得到的析气系数η，利用SOC动态方程计算电池的SOC值。根据本专利技术一实施例的计算电池的荷电状态SOC的方法，其中，在所述获得析气系数η步骤中，通过查表法获得所述析气系数η；其中，查表法中所使用的表中的析气系数η预先地通过以下步骤获得：将电池放电以使得所述SOC由第一SOC值变为第二SOC值，再将电池充电以使得所述SOC由第二SOC值恢复为第一SOC值；定义所述放电的电量与所述充电的电量的比值为析气系数η。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的荷电状态SOC的方法，其中，所述第一SOC值与所述第二SOC值相差1％。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的荷电状态SOC的方法，其中，所述充电与所述放电过程在恒定温度下进行。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的荷电状态SOC的方法，其中，所述SOC动态方程为：其中等式左边为单位时间内电池SOC的变化量，C为单位库伦，I为电流。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的荷电状态SOC的方法，其还包括：基于安时法对所述SOC动态方程进行积分计算获取电池的SOC值。按照本专利技术的第二方面，提供一种计算电池的发热量的方法，其包括以下步骤：得到析气系数η；基于所得到的析气系数η，利用SOC动态方程计算电池的精确SOC值；基于所得到的SOC值，通过查表法得到标准电压Uo.std和标准内阻Ri.std；修正标准电压Uo.std得到开路电压Uo；修正标准内阻Ri.std得到电池内阻Ri；以及基于所得到的开路电压Uo、电池内阻Ri和析气系数η，利用热力学第一定律计算所述电池在充放电过程中的发热量。根据本专利技术一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，查表法中所使用的表中的析气系数η预先地通过以下步骤获得：将电池放电以使得所述SOC由第一SOC值变为第二SOC值，再将电池充电以使得所述SOC由第二SOC值恢复为第一SOC值；定义所述放电的电量与所述充电的电量的比值为析气系数η。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，所述第一SOC值与所述第二SOC值相差1％。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，所述充电与所述放电过程在恒定温度下进行。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，所述SOC动态方程为：其中等式左边为单位时间内电池SOC的变化量，C为单位库伦，I为电流。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其还包括：针对所述SOC动态方程，通过安时法对电流进行积分来计算电池的精确SOC值。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，在得到开路电压Uo的步骤中，通过公式：Uo＝Uo.std+kT·(T-Tstd)修正标准电压Uo.std得到开路电压Uo，其中T为当前环境温度，Tstd为标准温度。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其中，在得到电池内阻Ri的步骤中，通过公式：Ri＝Ri.std·ηT修正标准内阻Ri.std得到电池内阻Ri。根据本专利技术另一实施例或以上任一实施例的计算电池的发热量的方法，其利用公式：计算所述发热量，其中，为单位时间内温度的变化量，mbatt为电池的质量，cbatt为电池的比热容，为由于温差而产生的热流量，为由于析气反应而产生的热流量，为由于熵变而产生的热流量，为由于电流流过电池内阻而产生的热流量。按照本专利技术的第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现根据本专利技术的第一方面和/或第二方面所提供的以上任一所述的方法的步骤。按照本专利技术的第四方面，提供一种记录介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被计算机执行以实现根据本专利技术的第一方面和/或第二方面所提供的以上任一所述的方法的步骤。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1)在计算电池SOC的过程中，将电池在充电过程中的析气现象纳入考虑，从而实现了对进入临界状态的电池SOC的高精度计算，例如能够实现在电池非临界状态(30％＜SOC＜70％)的电池SOC的高精度计算，也能够实现临界状态(SOC＞85％)的电池SOC的高精度计算；2)基于高精度SOC进一步计算电池发热量，以供电池的热管理。附图说明从结合附图的以下详细说明中，将会使本专利技术的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。图1是根据本专利技术的一个实施例的基于析气现象的电池荷电状态的估算方法的步骤的示例框图。图2是根据本专利技术的一个实施例的基于析气现象计算电池发热量的方法的步骤的示例框图。图3是根据本专利技术的一个实施例的算法各状态量之间的函数关系的示意图。图4是根据本专利技术的一个实施例的析气系数、温度以及SOC的示例关系图。图5A是根据本专利技术的一个实施例的示出了电池开路电压与SOC的关系的图。图5B是根据本专利技术的一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算电池的荷电状态SOC的方法，其特征在于，包括步骤：/n得到析气系数η；以及/n基于所得到的析气系数η，利用SOC动态方程计算电池的SOC值。/n

【技术特征摘要】
1.一种计算电池的荷电状态SOC的方法，其特征在于，包括步骤：
得到析气系数η；以及
基于所得到的析气系数η，利用SOC动态方程计算电池的SOC值。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获得析气系数η步骤中，通过查表法获得所述析气系数η；
其中，查表法中所使用的表中的析气系数η预先地通过以下步骤获得：
将电池放电以使得所述SOC由第一SOC值变为第二SOC值，再将电池充电以使得所述SOC由第二SOC值恢复为第一SOC值；以及
定义所述放电的电量与所述充电的电量的比值为析气系数η。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一SOC值与所述第二SOC值相差1～3％。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述充电与所述放电过程在恒定温度下进行。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SOC动态方程为：其中，C为电量单位，I为电流。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
基于安时法对所述SOC动态方程进行积分计算获取电池的SOC值。


7.一种计算电池的发热量的方法，其特征在于，包括步骤：
根据如权利要求1至5中任一所述的方法计算电池的荷电状态SOC；
基于所得到的SOC值，通过查表法得到标准电压Uo.std和标准内阻Ri.std；
修正标...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡江棣，
申请(专利权)人：上汽通用汽车有限公司，泛亚汽车技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31