一种锂离子动力蓄电池的电量校正和控制方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子动力蓄电池的电量校正和控制方法。首先，给锂离子电池以标准充电制度充电，周期测量电池的端电压，在测量电压中利用差值电压DELTA-VH确定电池的电量参数，校正电池的电量，利用端电压判断此时电池的循环次数当量、老化程度或健康状态。然后将这些信息显示给电池的使用者以便电池的使用者知道电池的当前的状态(比如电池的当前的最大充电容量和电池的健康状态)。再将电池经过一个受控的放电过程使电池或电池组工作在最佳SOC区间并达到指定的剩余容量范围。本发明专利技术适合于纯电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)的电量管理，能够延长电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力蓄电池的电量校正和控制方法
本专利技术涉及一种锂离子动力蓄电池的电量(SOC)校正和控制方法，适用于估算和修正混合电动车(HEV)用动力蓄电池的SOC，从而把SOC控制在最佳使用范围之内，避免电池的过充或过放现象。属于可充电锂离子动力电池

技术介绍
电动车(EV)及混合电动车(HEV)用蓄电池的发展使得人们对高能量和高功率的电池体系更加关注。制约高能量高功率电池实际应用的因素有单体电池性能一致性、高温性能、SOC的估算、实际运行寿命及价格等，其中SOC的估算关系到电池组的正确使用，影响电池组的实际运行寿命，因此是非常重要的参数。国内外曾提出过不少计量SOC的方法，但在实际电池运用上，由于使用环境(放电倍率、温度等)的多变性和电池本身化学特性的改变(老化、自放电等)，使得估算SOC变得非常复杂。一些装置试图通过测量从电池中流出的电流和它使用的时间(安时积分法)估计剩余的电量。然而，这种方法并未能考虑电池的自然放电和使用时间较长的电池并不能充电到它的额定容量的100％。因此，出现了在安时积分法基础上辅以修正的方法估算SOC的方法。现先举例说明常用辅助估算SOC的方法，然后指出其局限性。在使用安时积分法的基础上使用的辅助修正方法，大致有以下两类。一、放电条件查表法以实验方法得到电池在不同放电电压、电流和温度时的SOC关系表，当实际系统以电池为电源时可根据电池的放电电压、电流和温度查表得知剩余容量。缺点是要做大量实验，同时没有考虑电池循环次数和自放电对SOC的影响。二、内阻校正法以实验测量电池内阻与温度和剩余容量的关系，系统可根据测量得到的电池内阻修正SOC。由于内阻反映了电池老化的因素，因此相对估算结果较准确。但精确测量内阻不容易，易干扰充放电的程序。对于锂离子电池，使用开路电压法可以由测得的开路电压根据电池的开路电压-SOC曲线直接得到对应的SOC，但该方法存在三个问题。(1)由于单体电池的一致性，每个电池的放电曲线都稍有不同，尤其是对于电池组中功率特性差一些的电池，用该方法估算SOC容易造成过充和过放。(2)对于放电曲线特别平缓的电池，例如用某些电极材料制成的锂离子电池，开路电压测量误差会导致很大的SOC估算误差。(3)电池开路电压的得到需要电池静置相当长的时间，若静置时间太长则电池不能正常使用，静置时间太短则电池不能达到稳定的开路状态，导致估算结果有很大的偏差。另外，由于HEV动力电池经常处在频繁充放电的使用环境下，因此电池的SOC要留有充放电的余量，避免过充过放；而且使电池的SOC稳定在50％左右也有利于延长电池寿命。综上所述，针对现有报道中的SOC电量校正和控制方法存在的种种不足之处，本专利技术拟提供一种校正和控制方法，以克服现有技术存在的不足。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂离子动力蓄电池的电量校正和控制方法，其特征在于它是用充电截止差值电压DELTA-VH修正电池电量(SOC)上限的校正和控制方法，用充放电电流、时间、电池温度以及电池端电压的差值电压确定电池的电量参数，当充电截止差值电压达到某一限定值时，即差值截止电压DELTA-VH时查差值电压数据库确定此时的电池电量，从而校正电池的当前电量。根据电池端电压，查截止电压数据库判断此时电池的循环次数当量或老化程度或健康状态。充电截止差值电压DELTA-VH是指将一个规定充电电流施加到电池中，周期采集电池的端电压，在第一周期采集第一端电压，在第二周期采集第二端电压，从第二端电压中减去第一端电压来确定的差值电压。所述周期是指数据的一个采样周期，或者多个采样周期。应用充电截止差值电压作为查询表(差值电压数据库)的索引，从中获得所述的电量参数。应用第二端电压作为查询表(截止电压数据库)的索引，从中获得所述的循环次数当量或老化程度或健康状态。所述的电量参数是电池的操作曲线以及操作曲线上的点，其中循环次数当量是指电池或电池组使用的充放电循环次数的当量值，与电池充电截止的第二端电压有关。然后将这种信息显示给使用者以便使用者知道电池的最大容量和当前的电量。使用者做出该电池对于它所计划的项目是否足够的明智的判断。还可以通过一个受控的放电过程使SOC调整到HEV电池的最佳工作区间。还可以将该电量参数输出到另一过程中比如之后SOC估算以实现容量控制。应用第二端电压确定电池或电池组的循环次数当量、老化程度或健康状态的具体实施步骤如下：1)先将电池以标准充电制度充电，控制电路周期测量电池的端电压，选择一个周期测得的电池端电压记为第一端电压，在第二周期中测得的电池端电压记为第二端电压，从第二端电压中除去第一端电压的值得到差值电压DELTA-L，直至差值电压DELTA-L达到充电截止差值电压DELTA-VH为止，记此时的第二端电压为VH。所述周期是指数据的一个采样周期，或者多个采样周期。所述标准充电制度为根据具体使用条件决定的某种充电制度，由一个温度值和一个充电倍率值组成，一般可取25℃，以XC倍率充电(X取1，2，3……)。所述充电截止差值电压DELTA-VH的具体数值由电池或电池组的特性决定，由电池厂家提供。2)根据第二端电压，在截止电压数据库通过查表的方法得到在标准充电制度下电池或电池组的容量Q0和电池或电池组此时的循环次数n或循环次数当量n′，并修正当前SOC为100％。所述标准充电制度为根据具体使用条件决定的某种充电制度，由一个温度值和一个充电倍率值组成，一般可取25℃，以XC倍率充电(X取1，2，3……)。所述循环次数当量n′是指电池或电池组使用的充放电循环次数的当量值，与电池充电截止的第二端电压VH有关，该关系事先由实验确定或由电池厂家提供的数据得到，并存储在截止电压数据库中。所述容量Q0仅与循环次数n或循环次数当量n′及充电制度有关，该关系事先由实验确定或由电池厂家提供的数据得到。3)以标准放电制度放电，放出电量Q，使得SOCH＞SOC＞SOCL。所述标准放电制度为根据具体使用条件决定的某种放电制度，由一个温度值和一个放电倍率值组成，一般可取25℃，以1C倍率放电。所述电量Q由公式Q＝∫Idt计算得出。所述SOC定义为SOC＝(1-Q/Q0)*100％。所述SOCH和SOCL分别是HEV用动力电池的最佳工作区间的上限和下限，一般可取SOCH＝70％，SOCL＝30％。SOC的具体数值一般可取为(SOCH+SOCL)/2。4)步骤1)至步骤3)构成一个完整的SOC校正和控制过程。5)在行车过程中通过安时积分法可以随时得知在标准充放电制度下的SOC。放电下限由放电截止电压VL控制。所述放电截止电压VL的具体数值由电池或电池组的特性决定，一般由电池生产厂家提供。6)若驾驶员在行车过程中发现SOC经常达到充放电上下限，则说明经过一段时间的使用，平均SOC已经偏离了最佳工作区间，此时可以启动所述的SOC校正过程进行修正、调整。本专利技术有几种不同的实施例。这些实施例包括将一个规定充电电流施加到电池中，周期采集电池的端电压。在第一周期采集第一端电压，在第二周期采集第二端电压，从第二端电压中减去第一端电压来确定差值电压，应用该差值电压查差值电压数据库来确定该电池的电量参数，以及输出该电量参数。另一种实施例是在第一周期测量第一端电压，在第二周期测量第二端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子动力蓄电池的电量校正方法，其特征在于：用充放电电流、时间、电池温度以及电池端电压的差值电压确定电池的电量参数，当充电差值电压达到充电截止差值电压DELTA？VH时，查差值电压数据库确定此时的电池电量，从而校正电池的当前电量；所述的充电截止差值电压DELTA？VH是指将一个规定充电电流施加到电池中，周期采集电池的端电压，在第一周期采集第一端电压，在第二周期采集第二端电压，从第二端电压中减去第一端电压来确定差值电压。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力蓄电池的电量校正方法，其特征在于：用充放电电流、时间、电池温度以及电池端电压的差值电压确定电池的电量参数，当充电差值电压达到充电截止差值电压DELTA‐VH时，查差值电压数据库确定此时的电池电量，从而校正电池的当前电量；所述的充电截止差值电压DELTA‐VH是指将一个规定充电电流施加到电池中，周期采集电池的端电压，在第一周期采集第一端电压，在第二周期采集第二端电压，从第二端电压中减去第一端电压来确定的差值电压；所述周期是指数据的一个采样周期，或者多个采样周期；将电池以标准充电制度充电，控制电路周期测量电池的端电压，选择一个周期测得的电池端电压记为第一端电压，在第二周期中测得的电池端电压记为第二端电压，从第二端电压中除去第一端电压的值得到所述的差值电压。2.如权利要求1所述的校正方法，其特征在于：①所述的差值电压数据库是指指定充电电流、温度下，SOC达到某个特定值，充电截止的差值电压的数据库；②所述的差值电压作为查询表从差值电压数据库的索引获得所说的电量参数。3.如权利要求1所述的校正方法，其特征在于所述的周期是指数据的一个采样周期，或者多个采样周期。4.如权利要求1所述的校正方法，其中所说的电量参数还包括所述的电池的操作曲线；和电池的操作曲线上的操作点。5.一种锂离子动力蓄电池的电量控制方法，其特征在于用充电截止电压差值电压DELTA‐VH对应的第二端电压判断电池循环次数当量或老化程度或健康状态，并控制电池或电池组工作在最佳SOC区间的方法，包括：a)根据充电截止的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华辉，刘文叔，娄豫皖，夏保佳，田方，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：