[發(fā)明專(zhuān)利]確定電池的殘余容量的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410080606.0
• 申請(qǐng)日: 2014-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104035035A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y·格里夫;E·普拉達(dá);D·迪多梅尼科;P·珀格南特－格羅斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: IFP新能源公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/36
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/36
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 羅婷婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)電池（特別是機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電池）的老化的研究。更具體地，本發(fā)明涉及一種確定電池的殘余容量（capacity）的方法。

在本申請(qǐng)中，“電池”是如下術(shù)語(yǔ)的通用名稱(chēng)：電池、電池組、電池模塊和電池單元。電池和電池組由用于電能存儲(chǔ)的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池單元（其是電池的單位電化學(xué)組件）組成，并且根據(jù)定義它們提供有電池管理系統(tǒng)BMS。電池模塊是用于能量存儲(chǔ)的電化學(xué)電池單元的集合。在此后的本描述的其余部分中，術(shù)語(yǔ)電池因此被用來(lái)指示具有或不具有電池管理系統(tǒng)BMS的整個(gè)電池或電池單元、或電池單元的集合。

在使用期間，電池單元組分的若干物理特征（電極和電解液）會(huì)改變。這被稱(chēng)為電池單元的老化。這樣的老化有各種原因，但是它特別導(dǎo)致電池單元的無(wú)負(fù)載電壓的改變，并導(dǎo)致其容量的減少。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)電池?fù)p失了其初始容量的30％時(shí)，該電池被認(rèn)為到達(dá)了其生命期的盡頭。

對(duì)電池的殘余電荷的知識(shí)允許在考慮了電池老化的情況下定義從真實(shí)容量所定義的真實(shí)電荷狀態(tài)。此外，電池的殘余容量還允許定義其健康狀態(tài)SOH。

本發(fā)明特別涉及車(chē)輛（特別是要求對(duì)電能的智能管理的電動(dòng)車(chē)輛或混合動(dòng)力車(chē)輛）中使用的電力牽引電池。

電池能量的演變與其隨時(shí)間推移的容量損失直接相關(guān)。因此，它直接取決于電池的老化程度，該老化程度因每一車(chē)輛使用（即該車(chē)輛板載的每一電池的個(gè)案歷史）而異。

背景技術(shù)

確定電池特性可以使用本文獻(xiàn)中描述的若干類(lèi)型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些方法本質(zhì)上是：

-基于在電池的整個(gè)生命期內(nèi)監(jiān)視電化學(xué)阻抗頻譜（經(jīng)參數(shù)化的電荷狀態(tài)和溫度）的方法。這些方法基于該頻譜的頻率范圍的全部或部分，

-基于在線(xiàn)標(biāo)識(shí)表示電池的操作的等效電路的組分參數(shù)的值的方法。通常發(fā)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單電阻器（等效于內(nèi)部阻抗）和略微更復(fù)雜的等效電路（諸如內(nèi)部阻抗加上一個(gè)（或多個(gè)）電阻器和一個(gè)（或多個(gè)）電容器組裝件）的標(biāo)識(shí)，

-允許計(jì)算老化指數(shù)的“開(kāi)環(huán)”方法，該老化指數(shù)的演變最通常取決于溫度和強(qiáng)度軌線(xiàn)并取決于充電或放電率。對(duì)于這種類(lèi)型的方法，發(fā)現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)公式（該公式可使用利用指數(shù)老化定律的動(dòng)力類(lèi)推）或嚴(yán)重度圖。

為了解決這些問(wèn)題，專(zhuān)利申請(qǐng)DE-10-2010-019,128A1和FR-2,946,150A1描述了使用測(cè)量來(lái)估計(jì)電力電池的容量的方法。然而，這些文檔中描述的方法涉及若干缺點(diǎn)。

特別地，它們并不使得電池的老化能夠被精確建模。對(duì)以下兩種方法使用相同類(lèi)型的測(cè)量：穩(wěn)態(tài)點(diǎn)處的兩個(gè)電壓以及這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)之間的電流的積分，這兩種方法使用無(wú)負(fù)載電壓曲線(xiàn)，然而這些曲線(xiàn)的溫度依賴(lài)性好像沒(méi)有被真正利用。實(shí)際上，對(duì)于專(zhuān)利申請(qǐng)DE-10-2010-019,128A1，使該積分所給出的SOC(電荷狀態(tài))增量給出這兩個(gè)測(cè)量到的電壓值的曲線(xiàn)是從根據(jù)SOC和老化給出無(wú)負(fù)載電壓的各可用曲線(xiàn)之中找到的。該方法沒(méi)有描述對(duì)用來(lái)測(cè)量這些電壓的這兩個(gè)點(diǎn)可以處于不同溫度的事實(shí)的管理。此外，專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)R-2,946,150A1使用了使用斜率概念（用這兩個(gè)測(cè)量到的電壓值之間的線(xiàn)來(lái)表示無(wú)負(fù)載電壓）的不同過(guò)程。對(duì)于給定積分，對(duì)某一斜率的觀察在給定溫度下必定對(duì)應(yīng)于某一殘余容量。這需要對(duì)所有這些斜率的先驗(yàn)知識(shí)。

此外，兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)均使用與容量有關(guān)的電荷概念（對(duì)于該德國(guó)專(zhuān)利為SOC，對(duì)于該法國(guó)專(zhuān)利為放電深度）來(lái)參數(shù)化這些無(wú)負(fù)載電壓。對(duì)于該法國(guó)專(zhuān)利，這意味著考慮電荷狀態(tài)是經(jīng)由第一所測(cè)電壓而被知道的。

而且，對(duì)于這兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)說(shuō)，僅兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)被使用，這使得這些計(jì)算對(duì)電壓和電流測(cè)量誤差敏感。

此外，兩個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)都要求先驗(yàn)具有所有可能的無(wú)負(fù)載電壓曲線(xiàn)，這好像非常難，因?yàn)樗枰A(yù)見(jiàn)到電池單元老化的方式。

本發(fā)明因此涉及一種借助于表示電化學(xué)電池單元的老化的參數(shù)化模型來(lái)確定該電池單元的殘余容量的方法。參數(shù)化該模型是由對(duì)電池執(zhí)行的測(cè)量系列實(shí)現(xiàn)的。使用借助于測(cè)量來(lái)參數(shù)化的模型允許精確地計(jì)及電池的初始狀態(tài)。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的方法使用了用表示老化模式的各因數(shù)來(lái)參數(shù)化無(wú)負(fù)載電壓曲線(xiàn)，該參數(shù)化不需要對(duì)電池的電荷狀態(tài)的知識(shí)。本發(fā)明允許利用大量的測(cè)量來(lái)確定殘余容量，這使得能夠限制與測(cè)量誤差有關(guān)的不想要的影響。最后，本發(fā)明允許針對(duì)溫度對(duì)于兩個(gè)電壓測(cè)量不具有相同值的情況使用測(cè)量三元組，先驗(yàn)允許對(duì)殘余容量的頻繁更新。

發(fā)明內(nèi)容