一種鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種插電混合動(dòng)力汽車（PHEV)和純電動(dòng)汽車（EV)的鋰離子動(dòng)力電池 荷電狀態(tài)（SOC)估算方法，也可以應(yīng)用于其它類型的鋰離子動(dòng)力電池新能源汽車，屬于新 能源汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 最近幾年來，鋰離子動(dòng)力電池在混合動(dòng)力汽車（HEV)，插電混合動(dòng)力汽車以及純電 動(dòng)汽車中取得了廣泛應(yīng)用。由于鋰離子動(dòng)力電池單體電壓存在平臺(tái)區(qū)（特別是磷酸鐵鋰 類型的鋰離子動(dòng)力電池單體），以及汽車的復(fù)雜使用條件，因此鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估 算，是電池管理系統(tǒng)核心功能之一，也是電池管理系統(tǒng)開發(fā)難點(diǎn)之一。提供精確的、穩(wěn)定的 鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法，對(duì)于提高當(dāng)前電池管理系統(tǒng)性能、以及新能源汽車動(dòng) 力電池產(chǎn)業(yè)化具有巨大推動(dòng)作用，將產(chǎn)生可觀經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 目前國內(nèi)外整車企業(yè)、鋰電池公司、科研院所對(duì)鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算做 了大量研究，目前的論文和專利中普遍采用的方法包括:AH積分方法、開路電壓修正方法、 卡爾曼濾波修正方法。
[0004] 本發(fā)明采用車輛靜置一定時(shí)間（要求靜置2小時(shí)及以上）后，車輛上電時(shí)電池管 理系統(tǒng)采集初始單體電壓修正SOC方法和充電機(jī)充電過程中的單體電壓修正SOC方法，適 用于具有充電功能的插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。車輛靜置一定時(shí)間（要求靜置2 小時(shí)及以上，此時(shí)間可以根據(jù)電池特性不同，通過單體試驗(yàn)確定新的時(shí)間值）后，車輛上電 時(shí)利用采集的初始單體電壓修正SOC方法也適用于HEV汽車。目前利用這種方法進(jìn)行鋰離 子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算的研究還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法，其適應(yīng)性強(qiáng)，能充分滿足鋰 離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算精度要求。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、電池管理系統(tǒng)初始化，判斷車輛鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)；
[0009] 步驟二、根據(jù)車輛鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)選擇相應(yīng)的鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)修正 方法：
[0010] 方法一：若車輛靜置且靜置超過2小時(shí)，則利用車輛上電單體電壓進(jìn)行鋰離子動(dòng) 力電池荷電狀態(tài)修正：車輛鋰離子動(dòng)力電池靜置超過2小時(shí)及以上時(shí)，此時(shí)車輛上電，電池 管理系統(tǒng)采集的單體電壓信號(hào)接近于單體的開路（0CV值）電壓值，利用此電壓值進(jìn)行電池 荷電狀態(tài)的修正；
[0011] 方法二：若鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)入充電流程，則利用充電過沖中的單體電壓進(jìn)行鋰 離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)修正：充電機(jī)充電過程中，利用電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的單體電壓 值修正電池荷電狀態(tài)，本方法僅適用于小電流充電情況，不適用于快速充電過程，要求充電 電流小于電池容量的七分之一；
[0012] 若車輛處于行駛過程中或不滿足上述兩種修正方法中任一種的修正條件時(shí)，直接 進(jìn)入步驟三；
[0013] 步驟三、利用AH積分法實(shí)時(shí)計(jì)算鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)。
[0014] 本發(fā)明采用方法一和方法二的綜合體進(jìn)行動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算；對(duì)荷電狀態(tài)的 修正條件，修正數(shù)據(jù)，試驗(yàn)驗(yàn)證做了全方位的分析，具有良好的效果和實(shí)際推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0015] 圖1本發(fā)明的鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算整體流程框圖。
[0016] 圖2本發(fā)明中荷電狀態(tài)精度測試用到的測試工況1(25%~70%S0C)的工況電 流。
[0017] 圖3本發(fā)明中荷電狀態(tài)精度測試用到的測試工況2(15%S0C)的工況電流。
[0018] 圖4鋰離子電池一階電模型。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供的一種鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法，包括以下步驟：
[0020] 步驟一、電池管理系統(tǒng)初始化，判斷車輛鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)；
[0021] 步驟二、根據(jù)車輛鋰離子動(dòng)力電池狀態(tài)選擇相應(yīng)的鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)修正 方法：
[0022] 方法一：若車輛靜置且靜置超過2小時(shí)，則利用車輛上電單體電壓進(jìn)行鋰離子動(dòng) 力電池荷電狀態(tài)修正：車輛鋰離子動(dòng)力電池靜置超過2小時(shí)及以上時(shí)，此時(shí)車輛上電，電池 管理系統(tǒng)采集的單體電壓信號(hào)接近于單體的開路（0CV值）電壓值，利用此電壓值進(jìn)行電池 荷電狀態(tài)的修正；
[0023] 方法二：若鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)入充電流程，則利用充電過沖中的單體電壓進(jìn)行鋰 離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)修正：充電機(jī)充電過程中，利用電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的單體電壓 值修正電池荷電狀態(tài)，要求充電電流小于電池容量的七分之一；
[0024] 若車輛處于行駛過程中或不滿足上述兩種修正方法的修正條件時(shí)，直接進(jìn)入步驟 -* ? -?，
[0025] 步驟三、利用AH積分法實(shí)時(shí)計(jì)算鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)。
[0026] 本發(fā)明的核心思想是靜置2小時(shí)（此時(shí)間根據(jù)不同單體性質(zhì)需要重新進(jìn)行試驗(yàn)確 定）及以上時(shí)，利用電池管理系統(tǒng)初始化過程中采集的電壓值修正電池荷電狀態(tài)，下面對(duì) 其理論基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)分析。
[0027]第一，當(dāng)動(dòng)力電池靜置達(dá)到2小時(shí)及以上時(shí)，充、放電過程中導(dǎo)致的累積離子會(huì)逐 步擴(kuò)散，并且達(dá)到離子平衡狀態(tài)。第二，通過在單體內(nèi)埋設(shè)溫度傳感器進(jìn)行測試，靜置1. 5 小時(shí)后，單體內(nèi)的溫度恢復(fù)到與環(huán)境溫度一致，在恒定溫度和荷電狀態(tài)下，結(jié)合圖4的鋰離 子電池單體一階電模型，圖4中的電阻和電容近似認(rèn)為為恒定值；由公式（1)中的Q(t)計(jì) 算公式可知，在t= 5RC時(shí)（5RC大約等于100秒），圖4中的電容電壓會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)電壓值的 99%以上，此時(shí)電容效應(yīng)近似可以忽略。結(jié)合以上兩條原因，本文選擇靜置2小時(shí)及以上時(shí) 進(jìn)行動(dòng)力電池荷電狀態(tài)修正具有很好的理論基礎(chǔ)。
[0028] Q(t) =QOe-t/RC+e-t/RCfiet/RCdt (I)
[0029] 本發(fā)明研究開發(fā)了鋰離子動(dòng)力電池荷電狀態(tài)估算方法，其整體設(shè)計(jì)流程如圖1所 示。本發(fā)明僅針對(duì)圖1中的SOC修正方法進(jìn)行研究，不研究AH積分方法。一是車輛靜置時(shí) 間達(dá)到2小時(shí)及以上時(shí)，車輛上電時(shí)電池管理系統(tǒng)采集的單體電壓信號(hào)接近于單體的開路 (0CV值）電壓值，利用此電壓值進(jìn)行電池荷電狀態(tài)的修正；二是充電機(jī)充電過程中，當(dāng)SOC 大于80%時(shí)，利用電池管理系統(tǒng)采集單體電壓修正SOC的方法。
[0030] 一.車輛靜置后上電時(shí)利用電池管理系統(tǒng)采集單體電壓修正SOC方法
[0031] A公司插電混合動(dòng)力轎車動(dòng)力電池荷電狀態(tài)在車輛行駛過程中采用AH積分方法 計(jì)算荷電狀態(tài)，但如果僅利