[實(shí)用新型]鋰離子電池組剩余電能計(jì)算方法的裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820075122.7
• 申請(qǐng)日: 2008-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN201229395Y
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李練兵;孫鶴旭;崔志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/36
• 分類號(hào): G01R31/36
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙 敬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及到一種鋰離子電池組剩余電能計(jì)算方法的裝置。

背景技術(shù)

在電動(dòng)汽車及其他動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)合，鋰離子電池以其無可比擬的優(yōu)越性能，成為了未來動(dòng)力電池的首選。隨著研究的不斷深入，以鋰離子電池作為動(dòng)力的電動(dòng)車輛技術(shù)逐漸成熟，但是，目前鋰離子電池的使用仍然有許多問題尚未解決，制約著鋰離子電池作為動(dòng)力電池的繼續(xù)發(fā)展。動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)(State?of?Charge，簡(jiǎn)稱SOC)是表征電池狀態(tài)的重要參數(shù)之一。準(zhǔn)確計(jì)量SOC是電池安全和優(yōu)化控制充放電能量的保證。

鋰離子電池容量的下降是電池運(yùn)行時(shí)間縮短的主要原因，這種誤解普遍存在。實(shí)際上，電池阻抗持續(xù)增加(而不是電池容量下降)是導(dǎo)致電池運(yùn)行時(shí)間縮短、系統(tǒng)提前關(guān)機(jī)的關(guān)鍵因素。在電池充放電100個(gè)周期左右的時(shí)間內(nèi)，電池容量?jī)H下降5％，而電池的直流阻抗升高比例卻達(dá)到一倍或兩倍因子級(jí)別。老化電池阻抗提高的直接結(jié)果是負(fù)載電流引起的內(nèi)部壓降增大。結(jié)果，老化電池達(dá)到系統(tǒng)最小工作電壓(或稱為終止電壓)的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于新電池。因此電池阻抗對(duì)鋰離子電池的可用電量具有重要影響，在本實(shí)用新型中對(duì)電池剩余容量和電池可用剩余容量加以區(qū)別。電池剩余容量指電池當(dāng)前具有的最大可用剩余容量，但是在不同的溫度和電流下，電池可用剩余容量不同并且會(huì)隨著電池阻抗的增大而減小。當(dāng)前許多SOC估算策略都是對(duì)電池剩余容量進(jìn)行估計(jì)，并未考慮由于電池內(nèi)阻的存在而引起的電池提前達(dá)到放電終止電壓，不能放出全部容量的現(xiàn)象，也就是說沒有對(duì)電池剩余容量和電池可用剩余容量進(jìn)行區(qū)分。

通過研究發(fā)現(xiàn)，影響SOC準(zhǔn)確計(jì)量的因素很多，其中開路電壓、溫度、充放電電流、循環(huán)次數(shù)、電池內(nèi)阻等與SOC密切相關(guān)，在SOC的估算過程中，忽視其中任何一種因素的作用都將使估算出來的SOC誤差較大，因此，在建立SOC模型確定估算策略時(shí)，必須充分考慮上述因素與SOC之間的關(guān)系，下面對(duì)這些因素與SOC之間的關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：

鋰離子電池SOC與開路電壓有比較明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尤其是在放電后期出現(xiàn)明顯的電壓曲線拐點(diǎn)，電池在放電脈沖停止后出現(xiàn)自恢復(fù)現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)電池電壓迅速升高，但是恢復(fù)到穩(wěn)定的開路電壓需要一定的時(shí)間，該時(shí)間的長(zhǎng)短與放電停止前的SOC狀態(tài)、工作電流大小以及工作電流的變化率有密切的關(guān)系。

環(huán)境溫度對(duì)電池的放電容量有較大影響。環(huán)境溫度越低，可放出電量越少，放電效率越低。充放電效率隨著充放電電流的增加而下降，小電流充放電時(shí)效率高，大電流充放電時(shí)效率比較低。

另外，現(xiàn)在普遍采用安時(shí)(Ah)為單位對(duì)電池剩余容量進(jìn)行計(jì)量，安時(shí)單位只考慮了電流的大小，這種計(jì)量方法具有簡(jiǎn)單直觀、容易計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，但是并不能真正的表示出電池存儲(chǔ)電能的水平，因?yàn)殇囯x子電池在充放電過程中電壓是變化的。因此，為了進(jìn)一步準(zhǔn)確地表示出鋰離子電池所存儲(chǔ)能量的多少，必須采用焦耳為單位對(duì)電池能量進(jìn)行計(jì)量。

目前常用的SOC估算策略大多比較簡(jiǎn)單，其中開路電壓法和安時(shí)法(電流積分法)是應(yīng)用最多的兩種策略。

開路電壓法由于以下兩方面的原因使得該方法的應(yīng)用受到較大限制；

第一，電池一般都有自恢復(fù)效應(yīng)，必須經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間靜置后，開路電壓才能逐漸穩(wěn)定，這時(shí)的開路電壓才能較準(zhǔn)地表征SOC，動(dòng)力電池需要經(jīng)常頻繁啟動(dòng)，且工作電流變化大，因此開路電壓無法在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來，該種方法估算出來的SOC誤差較大。

第二，電池一般都有電壓平臺(tái)現(xiàn)象，在平臺(tái)期SOC相差較大，但對(duì)應(yīng)的開路電壓卻較小，在該期間內(nèi)用電壓估算出來的SOC誤差較大。

而安時(shí)法則是通過不間斷地進(jìn)行電流積分，計(jì)算出消耗的電荷量及充電狀態(tài)(SOC)，而全部容量是已知的，因此，可以得到剩余容量值。這種方法的缺點(diǎn)是難以精確量化自放電電量，而且，由于該方法不進(jìn)行周期性地完整周期校正，導(dǎo)致測(cè)量誤差隨著時(shí)間的推移越來越大。這些算法都沒有解決電池阻抗的變化問題。為了防止突然關(guān)機(jī)，必須提前終止系統(tǒng)運(yùn)行、保留更多能量，這導(dǎo)致大量電能被浪費(fèi)。