[發明專利]鋰離子電池荷電狀態監測方法、監測裝置和監測模塊

在審

• 申請號: 201710842065.4
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107748329A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 何向明;王莉
• 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: 北京華進京聯知識產權代理有限公司11606
• 代理人: 王賽

技術領域

本發明涉及鋰離子電池管理領域，具體涉及一種對鋰離子電池的荷電狀態進行監測的方法、裝置和模塊。

背景技術

鋰離子電池剩余容量又稱鋰離子電池的荷電狀態(State of Charge，SOC)是鋰離子電池狀態的重要參數之一，能為電動汽車的控制管理提供依據。保證SOC維持在合理的范圍內，防止過充或過放對鋰離子電池的損傷，能使鋰離子電池利用更加合理，提高鋰離子電池的使用壽命，充分發揮鋰離子電池系統的動力性能，降低對鋰離子電池系統進行維護的成本。

目前鋰離子電池SOC估算策略主要有：放電實驗法、開路電壓法、安時計量法、模糊神經網絡法和卡爾曼濾波法等。這些方法都需要對鋰離子電池電壓進行測量，通過電壓估算鋰離子電池的剩余容量。其中放電實驗法和開路電壓法無法對工作中的鋰離子電池進行SOC在線監測，安時計算法的SOC估算結果通常不夠準確，模糊神經網絡法和卡爾曼濾波法需要對鋰離子電池數據進行分析與建模，方法較為復雜。這些方法所需達到的估算精度越高，實現難度越大，需要進行的計算越復雜，對鋰離子電池管理系統的要求也越高。

發明內容

基于此，有必要提供一種簡單準確且能夠在線使用的鋰離子電池荷電狀態監測方法、監測裝置和監測模塊。

一種鋰離子電池荷電狀態監測方法，包括以下步驟：

提供體積限制裝置及壓力傳感器，以及電池壓力-SOC特性曲線；

對待測鋰離子電池進行充放電循環，同時通過所述體積限制裝置限制所述待測鋰離子電池的體積為固定值；

通過所述壓力傳感器獲得所述充放電循環過程中的待測時間點的所述體積限制裝置與所述待測鋰離子電池之間的第一壓力；以及

將所述第一壓力代入所述電池壓力-SOC特性曲線，得到所述待測時間點的所述待測鋰離子電池的SOC值。

在其中的一個實施例中，所述體積限制裝置對所述鋰離子電池沿電極片層疊方向上的尺寸進行限制。

在其中的一個實施例中，所述體積限制裝置包括至少一個壓板，用于將所述鋰離子電池在充放電循環過程中沿所述電極片層疊方向上的尺寸為固定值，所述壓力傳感器設置在所述鋰離子電池與所述壓板之間。

在其中的一個實施例中，所述鋰離子電池的所述電極片沿同一方向層疊設置，所述壓板為平板狀，所述鋰離子電池的所述電極片與所述壓板平行設置；或者所述鋰離子電池的所述電極片為卷繞式設置，形成圓柱狀鋰離子電池，所述壓板為圓筒狀，同軸設置在所述鋰離子電池的外圍。

在其中的一個實施例中，所述體積限制裝置使所述鋰離子電池在所述充放電循環前即受到一初始壓力。

在其中的一個實施例中，所述電池壓力-SOC特性曲線通過以下步驟獲得：

對標準鋰離子電池進行充放電循環，同時通過所述體積限制裝置限制所述標準鋰離子電池的體積為固定值；

通過所述壓力傳感器獲得充放電循環過程中的多個時間點的所述體積限制裝置與所述標準鋰離子電池之間的第二壓力以及所述標準鋰離子電池的SOC值；以及

使用得到的所述第二壓力以及所述標準鋰離子電池的SOC值擬合得到所述電池壓力-SOC特性曲線。

在其中的一個實施例中，所述標準鋰離子電池是所述待測鋰離子電池本身，或者與所述待測鋰離子電池具有相同規格和參數。

一種鋰離子電池荷電狀態監測裝置，包括體積限制裝置及壓力傳感器，所述體積限制裝置用于限制鋰離子電池的體積，所述壓力傳感器用于測量所述體積限制裝置與所述鋰離子電池之間的壓力。

在其中的一個實施例中，所述體積限制裝置對所述鋰離子電池沿電極片層疊方向上的尺寸進行限制。

在其中的一個實施例中，還包括監測模塊和輸出模塊；

所述監測模塊包括壓力獲取模塊、SOC計算模塊及存儲模塊；

所述壓力獲取模塊用于獲得所述體積限制裝置與所述鋰離子電池之間的壓力數據，并傳送至所述SOC計算模塊；

所述存儲模塊用于存儲電池壓力-SOC特性曲線；

所述SOC計算模塊用于從所述存儲模塊中讀取所述電池壓力-SOC特性曲線，并根據所述壓力數據及所述電池壓力-SOC特性曲線計算得到對應的鋰離子電池SOC值；

所述輸出模塊用于實時輸出所述計算模塊得到的所述鋰離子電池SOC值。

一種鋰離子電池荷電狀態監測模塊，包括監測模塊和輸出模塊；

所述監測模塊包括壓力獲取模塊、SOC計算模塊及存儲模塊；

所述壓力獲取模塊用于獲得壓力傳感器獲得的壓力數據，并傳送至所述SOC計算模塊；