汽车动力电池sof的监测方法

文档序号:9297768阅读:4161来源:国知局
汽车动力电池sof的监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及汽车电池领域,具体设及汽车动力电池S0F的监测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来,为应对汽车工业迅猛发展带来的环境污染、石油资源急剧消耗等影响,各 国都在积极开展研究新能源汽车研究。汽车动力电池作为电动汽车的核屯、零部件,对整车 的续驶里程、使用寿命、安全性能等有着直接的影响。表征汽车动力电池性能的主要有W下 参数:
[0003] S0H:电池的健康度(Stateof化alth),是指在一定条件下,电池所能充入或者放 出容量与标称容量的百分比;
[0004] S0C:电池的荷电状态(Stateof化arge),反映电池的剩余容量状况;
[0005]S0F:电池的功能状态(Stateof化nction),即指在任何给定的充放电条件下,可W预测出的电池的充放电电流极限值、电压极限值及功率极限值;
[0006] B0L:(BeginofLife),即刚出厂时,电池的初始状态;
[0007]E0L:巧ndofLife),全寿命周期内,电池的当前状态;
[0008] 其中,电池的S0F的监测直接影响着整车动力性的S指标:最高车速、加速时间及 最大爬坡度。因此,需要找到一种适用于新能源汽车电池组功能状态检测的方法,在满足整 车动力性的基础上,保障电池组稳定可靠的工作。
[0009] 电池的S0F功能监测与电池S0C状态、电池单体允许的工作溫度范围、单体电压工 作范围、单体内阻变化、充放电电流及电池组的S0H相关。
[0010] 现有的汽车动力电池S0F的监测方法主要为直接查表法:通过台架试验,采用恒 功率测试法、混合脉冲功率法和工况法准确测试电池的充放电功率,形成一系列不同S0C、 T(溫度)下的对应的B化充放电功率数据矩阵表,此法是一种静态监测法。在整车行驶过 程中,整车控制器会根据当前电池状态信息查表计算电池最大允许的充放电功率和电流。 此方法可计算出整车电池的功率特性,但不可预测未来时间内的电池功率输出性能。依靠 经验查表所得的S0F数据,只反映出电池B化状态下的S0F性能,并未考虑到电池使用一段 时间后的性能衰减导致功率损失,且依靠经验查表,无法实现整车实时预测电池功能状态, 无法准确反映电池的最大功率输入/输出性能,从而影响整车的动力性,甚至会导致车辆 抛错。动态极限监测是基于整车在不同使用工况条件下的一种电池模型进行监测,电池模 型根据输入条件的计算,插入和转换成电流极限值,在监测充放电电流极限值时,应考虑电 池工作电压极限值和功率损失。

【发明内容】

[0011] 本发明的目的是提供一种实时、准确的汽车动力电池S0F的监测方法,即在不损 害动力电池总成的前提下,在任意时刻均可监测出汽车动力电池的允许的充放电极限电 流,并且该监测到的充放电极限电流更加接近电池的实际性能。
[0012] 为实现上述目的本发明的实施例提供了如下技术方案:
[0013] 一种汽车动力电池S0F的监测方法,包括:
[0014] 基于汽车动力电池的欧姆极化、电化学极化、扩散极化的动态特征建立电池模 型;
[0015] 基于所述电池模型监测所述汽车动力电池的动态极限电流和静态极限电流;
[0016] 取所述动态极限电流与所述静态极限电流的最小值作为电池充放电极限电流。
[0017] 优选地,监测所述汽车动力电池的所述动态极限电流的过程包括:
[0018] 电池管理系统将一列不同时刻的离散的电流矩阵输入电池模型,获得一列相应的 电压矩阵输出;
[0019] 根据所述电流矩阵、所述电压矩阵动态调整用于计算充放电预测电压的电压-电 流线性关系式中的参数;
[0020] 实时监测所述充放电预测电压,并结合不同S0C下对应的开路电压获得电池模型 过电压;
[0021] 通过预存的充放电台架试验数据获得实时的电池过电压;
[0022] 根据所述电池过电压、所述充放电预测电压、不同S0C下对应的开路电压获得实 时的电池内阻变化率;
[0023] 将所述电池模型过电压、所述充放电预测电压和所述电池内阻变化率输入所述电 池模型,获得动态极限电流。
[0024] 优选地,监测所述汽车动力电池的所述动态极限电流的过程包括:
[0025] 利用所述电池内阻变化率将充放电台架试验获得的电池B化的充放电功率转化 为电池E化充放电功率; 阳0%] 根据电池E化充放电功率及充放电极限电压,获得静态极限电流。
[0027] 优选地,所述电流矩阵被所述电池管理系统按照如下关系式处理从而得到所述电 压矩阵:
[0028] U = 0CV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。,
[0029] 其中,U代表对应所述电流矩阵中的某一时刻的电流的电压,OCV代表对应不同 S0C的开路电压,I代表所述电流矩阵中的电流,Rac代表所述电池模型的交流阻抗,Rct代表 所述电池模型的电荷转移电阻,R?、R?2代表所述电池模型的韦伯阻抗,t为所述电流矩阵 中对应某一电流的某一时刻,tao为修正参数。
[0030] 优选地,所述交流阻抗包括电池内的单体电池本身阻抗和单体电池之间的连接件 的阻抗。 阳〇3U 优选地,所述电池管理系统对所述电池过电压、所述充放电预测电压、不同S0C下 对应的开路电压进行如下关系式的处理从而获得电池内阻变化率:
[0032] IV0CV=UiX(1+dR)+off;
[0033] Ui=Uk-OCV;
[0034] 其中,U。代表充放电台架试验中的电池过电压,U1代表所述电池模型过电压,dR代 表所述电池内阻变化率,off为补偿值,Uk代表实时监测到的充放电预测电压。
[0035] 优选地,所述电池B化的充放电功率是在不同溫度、不同S0C下测得的。
[0036] 优选地,所述充放电极限电压根据不同溫度设定。
[0037] 优选地,在电池单体电压无异常且功率损失正常的条件下,对所述动态极限电流 进行循环监测。
[0038] 本发明的实施例采用的是动态极限电流监测与静态极限电流监测相结合的方式, 基于一种电池模型,同时在动态极限电流计算、静态极限电流计算过程中能够实时地将不 同时刻的不同的电池内阻变化率引入计算,即在监测过程中充分考虑了电池内阻变化,从 而使得监测更加准确。
[0039] 进一步地,本发明的实施例充分考虑电池S0C状态、溫度、单体电压、单体内阻变 化、S0H及功率损失等影响因素,实时预估电池的S0F功能。
【附图说明】
[0040] 接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明,其中:
[0041] 图1是本发明的实施例的汽车动力电池S0F的监测方法的原理图;
[0042] 图2是本发明的实施例的电池模型图;
[0043] 图3是本发明的实施例的动态极限监测与静态极限监测输入示意图;
[0044] 图4是本发明的实施例的电流矩阵一电压矩阵的对应关系图;
[0045]图5是本发明的实施例的不同时刻对应的电池电压曲线图;。
【具体实施方式】
[0046] 电池的S0F监测值包括W下内容:实际和预测的充放电电流极限值、实际和预测 的充放电电压极限值、S0C低端和高端极限值。一般汽车动力电池的充电电压极限值、放电 电压极限值为设定值,例如充电电压极限值设定为4. 2V,在0°CW上时放电电压极限值设 定为3. 0V,0°CW下时放电电压极限值设定为2. 8V;S0C低端和高端极限值为电池S0C的工 作窗口,其值为一个修正参数,例如30% -70% ;因此本发明的实施例中S0F的监测主要是 实时预测电池充放电电流极限值。
[0047] 参考图1,本实施例的汽车动力电池S0F的监测方法的基本思路在于,基于所建立 的电池模型,将动态极限监测方法与静态极限监测方法相结合,分别进行动态极限监测、静 态极限监测后,取动态极限监测的极限电流值和静态极限监测的极限电流值的最小值作为 汽车动力电池充放电极限电流。
[0048] 参考图2,本实施例中的电池模型与电池在充放电过程中电池材料发生的电化学 反应密切相关,反应了电池电化学反应的电化学特征:欧姆极化、电化学极化、扩散极化。电 池模型可反映四个不同化学动态特征,分别为欧姆阻抗(一定S0C下内阻值),一个与电 荷转移电流相关的状态、两个与极限扩散电流相关的状态。四个动态特征分别由AC阻抗 (Rac)、电荷转移电阻化T)、韦伯阻抗(Rwb郝Rwb2)来表征。运四个阻抗值与电池的S〇C、T(溫 度)、I(电流)相关。该电池模型是基于单体电池测试数据进行修正和标定,AC阻抗(交 流阻抗)值包括单体电池本身阻抗和单体与单体间的连接件阻抗值。通过此电池模型,可 拟合一个电压与电流、时间的关系式:
[0049] Ui= 0CY+I X R AC+I X RctG t/tao+i X Ve t/tao+i X R^e t/tao+dRX I............山, 阳0加]U = OCV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。...............巧],
[0051] 其中,Ui为电池模型过电压;u代表对应一个电流矩阵中的某一时刻的电流的电 压,运一点将在接下来进行详细描述;ocv代表对应不同SOC的开路电压;I代表电流矩阵 中的电流;Ra。代表电池模型的交流阻抗;Rct代表电池模型的电荷转移电阻;R?1、R?2代表电 池模型的韦伯阻抗;t为电流矩阵中对应某一电流的某一时刻;tao为修正参数。
[0052] 表1示例性地示出了一组汽车动力电池在充放电台架试验中获得的对应不同S0C 值的0CV。
[0053]表1
[0054]
[0055] 例如,在表1中,能够查询到对应S0C为40%时放电0CV为232. 77V。
[0056] 由计算式山和计算式凹可得:
[0057]I=扣i_U]/dR.....
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