[發明專利]一種考慮并聯電池差異的電池組容量估算方法

在審

• 申請號: 201710354687.2
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107247235A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 王麗梅;趙秀亮;劉良;盤朝奉;李國春;陳龍;江浩斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電動汽車技術領域，具體涉及電動汽車動力電池容量估算方法。

背景技術

為了防止電動汽車動力電池組過充過放，延長電池組循環使用壽命，從而提高電動汽車整體性能和安全性，一般要求電池管理系統能夠實時準確的預估電池組容量。目前，針對單體電池，研究者提出了一系列基于模型與數據融合的電池容量估算方法，包括：最小二乘法、卡爾曼濾波算法、多元自適應回歸樣條、支持向量機及粒子濾波算法等，這些方法在對單體電池容量估算時表現出了良好的適應性及較高的精度。

電池組集成時，一般會對單體電池進行篩選，選出具有相似容量及內阻的單體電池，并聯構成單節電池，再將單節電池串聯成電池組。若將電池組視為一個大容量高電壓的單體電池，理論上單體電池容量估算方法經過簡單數量乘積即可直接用于電池組容量的估算。鑒于單體電池間差異，電池組容量將受到短板效應的影響。研究者將單節電池視作整體，僅考慮電池組中串聯成分單節電池差異，對電池組容量的估算方法進行了研究。通過增加描述單節電池容量的狀態方程，分別利用卡爾曼濾波算法及最小二乘法對電池組中各單節電池容量進行求解，進而實現了電池組容量的估算。為了提高效率，提出了雙時間尺度擴展卡爾曼濾波算法，通過不同時間尺度分別求解單節電池容量及其荷電狀態來估算電池組容量。這些算法中測量方程的建立一般基于模型或經驗公式，導致算法的計算精度取決于所采用的單節電池模型精度，而建立包含并聯單體電池差異的單節電池模型顯得較為困難。針對此，在假設電池組中各單節電池荷電狀態-開路電壓曲線一致的前提下，提出利用單節電池充電電壓曲線變換的電池組容量估算方法。

將單節電池視為整體單元，單節電池容量一般被定義為單體電池容量與并聯單體電池數的乘積，或從單節電池充電截止電壓到其放電截止電壓所能放出的總電量。但單節電池內各單體電池內阻差異將導致流經各單體電池電流的不一致，造成各單體電池充放電深度的不同，進而影響單節電池容量估算的準確性。這也是盡管有電池管理系統保護，單體電池仍出現過充/放的原因之一。

發明內容

針對上述問題，本發明基于單體電池使用安全性，研究考慮并聯單體電池差異的電池組容量估算方法。采用的技術方案如下：

基于基爾霍夫電壓定律，電池充電電壓V可表示為：其中，表示電阻R₀上的電壓，表示電阻R_i上的電壓，i＝1…n。

電池開路電壓與SOC存在一定的函數關系，且該關系不隨電池老化變化。由上式可知，假設單體電池內阻和充電電流不變，電池充電電壓V只與電池開路電壓E_m有關，則單體電池V-SOC曲線完全重合。若單體電池剩余容量和總容量相同，則單體電池充電電壓-容量曲線也將完全重合。實際電池內阻和容量將受電池老化的影響，這將導致老化后電池充電電壓-容量曲線與標準曲線出現偏離。兩條曲線電壓方向的偏移主要是由于電池內阻的增加引起，在總充入容量方向的差異主要受制于單體電池容量的衰減。利用數學變化法可將老化后的充電電壓-容量曲線與標準曲線重合，具體過程為：將老化后的充電電壓-容量曲線縱向平移ΔU，使其在充電平臺期與標準曲線重合，再將縱向平移后的電池老化曲線橫向拉伸k倍并平移使兩條曲線重合，則老化后單體電池容量可表示為C₂＝C₁/k，其中，C₁、C₂分別為標準及老化后單體電池容量，拉升因子k表示單體電池老化程度。

根據水桶效應原理，電池組容量取決于充入容量和充電開始前最低單節電池剩余容量，則以保證電池組中各單體電池安全的前提下，電池組容量可表示為C_pack＝min(C_i)＝min(C_ri)+C_c，其中，C_pack為電池組容量，C_i表示單節電池i的容量，C_ri代表充電初期單節電池i的剩余容量，C_c為充入容量，i＝1...n.

充電過程中，“正常單節電池”充電電壓低于“差異單節電池”充電電壓，充電起始時刻剩余容量最小的單節電池在充入相同容量的情況下表現出最低的充電電壓。綜上，可在假設“正常單節電池”內部各單體電池間參數一致的情況下，可利用“正常單節電池”容量估算電池組容量。假設“正常單節電池”內部各單體電池間參數一致的情況下，可利用“正常單節電池”容量估算電池組容量。