[發明專利]一種鋰離子電池剩余可用能量的估計方法

有效

• 申請號: 201310218250.8
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103257323A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 劉光明;歐陽明高;盧蘭光;李建秋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明屬于電池管理與電池狀態估計領域，具體涉及一種鋰離子電池剩余可用能量的估計方法。

背景技術

目前全球石油資源日益枯竭，溫室效應等環境問題愈加嚴峻，使得燃油價格日趨升高，排放法規越來越嚴苛。與傳統燃油汽車相比，電動汽車在行駛經濟性和環境友好程度上有很大優勢，有很好的發展前景。但電動汽車的續駛里程較短，在日常使用中較不方便。電動汽車的續駛里程取決于動力電池的剩余可用能量和整車的能量消耗。其中動力電池的剩余可用能量涉及電池的數據采集、參數辨識和狀態估計，需要著重研究。

某時刻動力電池的剩余可用能量是指在某一電流工況下，從這一時刻開始直到電池端電壓達到電池放電截止電壓的過程中，電池輸出端放出的總能量。電池剩余可用能量的影響因素很多，如當前電池的荷電狀態（SOC）、電池溫度、電池放電電壓、電池容量和內阻等等，這些因素都會對電池能給整車提供的能量產生影響，進而影響電動汽車的續駛里程。

目前已有一些電動汽車動力電池剩余可用能量的計算方法，但這些方法對電池剩余可用能量的計算較為簡單，實車工況使用時會造成較大的估計誤差。具體來說，電池剩余可用能量計算中，以往方法多采用電池荷電狀態（SOC）、電池標稱容量與當前端電壓直接相乘的方式，較少考慮電池溫度、未來放電電流、未來放電過程中的電池溫升、未來放電過程中的電壓變化、電池內阻等因素，因此會影響電池剩余可用能量的估計精度。

相對于傳統的鉛酸電池和鎳氫電池，鋰離子電池具有能量密度較大、壽命較長的特點，因此在電動汽車上得到廣泛應用。在估計鋰離子電池的剩余可用能量時，要考慮鋰離子電池自身的一些特點。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的目的在于提出一種精度較高的鋰離子電池剩余可用能量的估計方法。

根據本發明實施例的鋰離子電池剩余可用能量的估計方法，包括以下步驟：S1.從電池說明書中獲得標準溫度、標準放電電流和電池內阻，基于電池臺架測試數據，獲得電池標稱容量，繪制溫度-電流-SOC三維曲面；S2.根據電池當前溫度、電池當前SOC、所述電池標稱容量、所述電池內阻、電池未來電流以及所述溫度-電流-SOC三維曲面，估計電池在所述電池未來電流下的剩余可用容量；S3.根據所述剩余可用容量、所述電池當前端電壓、所述電池內阻和所述電池未來電流，計算電池剩余可用能量。

在本發明的一個實施例中，所述獲得電池標稱容量的方法為：根據電池使用說明書，測量電池在標準溫度、標準放電電流下，從滿電狀態開始直到電池端電壓達到放電截止電壓時電池放出的容量，記為標稱容量C_{batt_nom}。

在本發明的一個實施例中，所述繪制溫度-電流-SOC三維曲面的方法為：首先進行電池臺架進行測試，測量電池在不同溫度、不同放電電流下，從滿電狀態開始直到電池端電壓達到放電截止電壓時電池放出的容量，記為在T，I條件下的電池容量C_{batt_T_I}；然后根據電池標稱容量C_{batt_nom}和電池條件容量C_{batt_T_I}，計算電池在T，I條件下的電池的放電截止SOC，記為SOC_{cutoff_T_I}，計算公式為SOC_{cutoff_T_I}=1-C_{batt_T_I}/C_{batt_nom}；最后繪制溫度-電流-SOC三維曲面。

在本發明的一個實施例中，所述步驟S2進一步包括：S21.根據電池當前溫度、電池當前SOC、電池內阻和電池未來電流，利用鋰離子電池電-熱耦合模型計算電池在未來放電過程中的溫度變化過程T_{batt_fut}和SOC變化過程SOC_fut，并將該電池狀態變化過程表示在溫度-電流-SOC三維坐標上，表現為一條溫度-電流-SOC曲線；S22.所述溫度-電流-SOC曲線與所述溫度-電流-SOC三維曲面相交于一點，認為該點對應的SOC為電池放電截止的真實SOC，記為SOC_{cutoff_real}；S23.根據所述真實SOC，計算所述剩余可用容量C_{batt_usable}，計算公式為C_{batt_usable}=C_{batt_nom}*（1-SOC_{cutoff_real}）。