磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組soc的估算方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)電源設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，減緩全球氣候變暖，許多國(guó)家都開(kāi)始重視節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。電動(dòng)汽車(chē)因?yàn)椴捎秒娏︱?qū)動(dòng)，可以降低二氧化碳的排放量甚至實(shí)現(xiàn)零排放，所以得到各國(guó)的重視而迅速發(fā)展。但是電池成本仍然較高，動(dòng)力電池的性能和價(jià)格是電動(dòng)汽車(chē)的主要“瓶頸”。磷酸鐵鋰電池因其壽命長(zhǎng)、安全性能好，成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為電動(dòng)汽車(chē)的理想動(dòng)力源。
[0003]隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，電池管理系統(tǒng)(BMS)也得到廣泛應(yīng)用，為了充分發(fā)揮電池系統(tǒng)的動(dòng)力性能，提高其使用的安全性，防止電池過(guò)充和過(guò)放，延長(zhǎng)電池的使用壽命、優(yōu)化駕駛和提高電動(dòng)汽車(chē)的使用性能，BMS系統(tǒng)就要對(duì)電池的荷電狀態(tài)即S0C(State OfCharge)進(jìn)行準(zhǔn)確估算。SOC是用來(lái)描述電池使用過(guò)程中可充入或放出容量的重要參數(shù)。電池的SOC和很多因素相關(guān)，如溫度，前一時(shí)刻充放電狀況，極化效應(yīng)，電池壽命等，而且具有很強(qiáng)的非線性，因此，SOC實(shí)時(shí)在線估算一般很不準(zhǔn)確。
[0004]目前電池SOC的估算方法有:開(kāi)路電壓法、安時(shí)積分法、內(nèi)阻法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡曼濾波法等。開(kāi)路電壓法由于要預(yù)計(jì)開(kāi)路電壓，因此需要長(zhǎng)時(shí)間靜置電池組，不適合電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；內(nèi)阻法存在估算內(nèi)阻的困難，在硬件上也難以實(shí)現(xiàn)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法則由于系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜，而且在電池管理系統(tǒng)中應(yīng)用成本很高，不具備優(yōu)勢(shì)；因此，相對(duì)于開(kāi)路電壓法，內(nèi)阻法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法，安時(shí)積分法由于簡(jiǎn)單有效而被常常采用。但是，電動(dòng)汽車(chē)在不同時(shí)刻的放電電流波動(dòng)很大，且在實(shí)際使用過(guò)程中，也不可能實(shí)現(xiàn)間隔極短的時(shí)間不停的測(cè)試電流的大小，因此，安時(shí)積分法計(jì)算得出的SOC通常也是不準(zhǔn)確的。
[0005]有鑒于此，確有必要提供一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法以解決上述問(wèn)題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種原理簡(jiǎn)單、便于推廣應(yīng)用的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC估算不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法，其包括如下步驟:
[0008]I)選用一個(gè)端電壓與其SOC具有線性關(guān)系的二次電池；
[0009]2)將上述二次電池與多個(gè)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元進(jìn)行串聯(lián)，并設(shè)定其中任一磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元SOC為0%，100%時(shí)，對(duì)應(yīng)于二次電池SOC1值分別為X1, X2 ;
[0010]3)根據(jù)該二次電池充放電時(shí)二次電池端電壓Ua與該二次電池SOC1的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬合出二次電池SOC1與端電壓Ua的函數(shù)關(guān)系為=SOC1 = KiUa+Mi, (K1 Φ O7K1, M1是常數(shù))，SOC1 e (X1, X2)；
[0011]4)以SOC1為縱坐標(biāo)，SOC為橫坐標(biāo)，建立坐標(biāo)模型，則對(duì)應(yīng)點(diǎn)分別為(0%，XI)、(100%, X2)，以此兩點(diǎn)就可得出SOC1與SOC之間的函數(shù)關(guān)系，即SOC1 = K2S0C+M2(K2幸0，K2, M2是常數(shù));
[0012]5)實(shí)時(shí)檢測(cè)二次電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元串聯(lián)后的端電壓Ua，再根據(jù)步驟3和4得出磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元SOC = UaK1A2+(M1-M2)/K2,計(jì)算出磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元的SOC值。
[0013]作為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法的一種改進(jìn)，所述二次電池選用除磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之外的二次電池或超級(jí)電容。
[0014]作為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法的一種改進(jìn)，所述2% <Xi<7%,86%〈(X2-X1)〈96 %。
[0015]作為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法的一種改進(jìn)，所述二次電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組串聯(lián)后的端電壓Ua可由電池管理系統(tǒng)BMS測(cè)量。
[0016]作為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法的一種改進(jìn)，所述二次電池SOC1值始終大于每個(gè)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元的SOC值。
[0017]作為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組SOC的估算方法的一種改進(jìn)，所述磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元由若干單體磷酸鐵鋰動(dòng)力電池并聯(lián)組成。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)將一種電壓與SOC值具有線性關(guān)系的二次電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元進(jìn)行串聯(lián)，擬合出磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元SOC與二次電池電壓的函數(shù)關(guān)系，再通過(guò)電池管理系統(tǒng)BMS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)二次電池的端電壓，便可以迅速計(jì)算出磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元S0C。由此可見(jiàn)，本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，更容易得到廣泛應(yīng)用和推廣。
【【附圖說(shuō)明】】
[0019]圖1為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池與二次電池串聯(lián)后的電路示意圖；
[0020]圖2(a)為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池充電時(shí)其端電壓與其SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0021]圖2(b)為本發(fā)明所涉及的二次電池充電時(shí)其端電壓與其SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0022]圖2(c)為本發(fā)明所涉及的二次電池以及磷酸鐵鋰動(dòng)力電池串聯(lián)后充電時(shí)，二次電池的端電壓與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0023]圖3(a)為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池放電時(shí)其端電壓與其SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0024]圖3(b)為本發(fā)明所涉及的二次電池放電時(shí)其端電壓與其SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0025]圖3(c)為本發(fā)明所涉及的二次電池以及磷酸鐵鋰動(dòng)力電池串聯(lián)后放電時(shí)，二次電池的端電壓與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池SOC函數(shù)關(guān)系圖；
[0026]圖4為本發(fā)明磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元SOC與二次電池SOC1建模的函數(shù)關(guān)系圖。【【具體實(shí)施方式】】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)中描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定本發(fā)明。
[0028]由于串聯(lián)電路中的電流處處相等，根據(jù)電量計(jì)算公式Q= IT(Q為電量，I為電流，T為時(shí)間)可知，單位時(shí)間內(nèi)串聯(lián)電路中各電池單元的充放電電量也相等。因此，只要準(zhǔn)確計(jì)算出某一電池單元電量的變化，就可以知道整組電池電量的變化情況。本發(fā)明基于以上原理，選用一個(gè)電壓與其SOC具有線性關(guān)系的二次電池與磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元進(jìn)行串聯(lián)，通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算出該磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元的電量，從而得知磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組的電池電量。
[0029]請(qǐng)參考圖2(a)、3(a)所示，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池在充放電的大部分時(shí)間內(nèi)，雖然其SOC值在不斷的增加或減少，但磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的端電壓均保持一致。
[0030]請(qǐng)參考圖2(b)、3(b)所示，除磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之外的二次電池在充放電時(shí)，其端電壓隨著該電池的SOC1值變化而變化，并呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，據(jù)此，根據(jù)反復(fù)的對(duì)該二次電池充放電時(shí)SOC1以及端電壓Ua的檢測(cè)取點(diǎn)，便可以擬合出該二次電池的SOC1與該二次電池端電壓Ua的函數(shù)關(guān)系為=SOC1 = K1Ua-M1，(K1 ^ O, K1, M1是常數(shù))，SOC1 e (X1, X2)；其中，X1, X2按照以下規(guī)則設(shè)定:即，將上述二次電池與多個(gè)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元進(jìn)行串聯(lián)，在充放電時(shí)，設(shè)定其中任一磷酸鐵鋰動(dòng)力電池單元SOC為O %，100 %時(shí)，對(duì)應(yīng)于該二次電池SOC1值分別為X1, x2。