用于磷酸铁锂电池的插电充电容量估计方法
【专利摘要】本发明涉及用于磷酸铁锂电池的插电充电容量估计方法。公开了使用来自插电充电事件的数据估计磷酸铁锂电池组的充电容量的方法。实验室测量的电池组电阻，其已知为随电池电阻的寿命保持不变，能够用于在充电期间从端电压确定开路电压。充电后的实际开路电压可以之后测量，在电池组已经搁置了足够时间量之后。开路电压的两个值，如果在具有足够大的斜率的电池组的SOC-OCV曲线上的点处取得，提供电池组充电状态的两个值。通过随两个开路电压读数之间的时间间隔积分充电电流，并且使用两个充电状态值，电池组容量能够由插电充电数据确定。
【专利说明】用于磷酸铁锂电池的插电充电容量估计方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及电池组的充电容量的确定，更具体地，涉及在充电之后用于估计磷酸铁锂电池组的容量的方法，其中磷酸铁锂电池电阻的性质用于使能充电期间的开路电压的确定，并且其中用于磷酸铁锂电池的电压与充电状态曲线的特征用于在电压-充电曲线上的两点处确定充电状态，由此使实际充电容量能够被确定。
【背景技术】
[0002]电动车辆和汽油-电或柴油-电混合动力车辆正在当今的汽车市场迅速普及。电动和混合电动车辆提供了若干可取的特征，诸如减少或消除消费者层级的排放和基于石油的燃料消耗，和潜在地降低了操作成本。电动和混合电动车辆的关键子系统是电池组，其可以代表相当大比例的车辆成本。这些车辆中的电池组通常由多个互连的单元组成，它们能够按需输送大量功率。最大化电池组的性能和寿命，以及精确地通知驾驶员电池功率的剩余车辆里程，是电动和混合电动车辆设计和操作中的关键问题。
[0003]典型的电动车辆电池组包括两个或更多个电池组段，每段包含提供所要求的电压和容量所需要的很多单独的电池单元。为了优化电池组的性能和持久性，以及为了确定可用充电容量的量，监测电池组的充电状态是重要的。通常基于其开路电压，使用限定为充电状态与开路电压(SOC-OCV)曲线的形式的已知关系来确定电池单元或全部电池组的充电状态。然而，在一些类型的电池中，例如磷酸铁锂电池，SOC-OCV曲线的极低的斜率特征使其非常难以基于开路电压精确地确定充电状态。
[0004]此外，不可能简单地测量流入和流出磷酸铁锂电池组的充电和放电电流从而连续地确定充电状态，因为小的误差将随时间积累以导致这种测量中的大的不精确。而且，因为电池组的容量会随着电池组的寿命衰减,驾驶里程的精确理解要求知道充电状态和电池组容量。需要一种用于精确地确定磷酸铁锂电池组的充电容量的方法，其中该方法不会有如上所述的不精确。
【发明内容】
[0005]根据本发明的教导，公开了使用来自插电充电事件的数据估计磷酸铁锂电池组的充电容量的方法。实验室测量的电池组电阻，其已知为随电池电阻的寿命保持不变，能够用于在充电期间从端电压确定开路电压。充电后的实际开路电压可以之后测量，在电池组已经搁置了足够时间量之后。开路电压的两个值，如果在具有足够大的斜率的电池组的SOC-OCV曲线上的点处取得，提供电池组充电状态的两个值。通过随两个开路电压读数之间的时间间隔积分充电电流，并且使用两个充电状态值，电池组容量能够由插电充电数据确定。
[0006]本发明的其它特征将从结合附图的以下描述和权利要求变得清楚。
[0007]本发明还提供了以下方案:
1.一种使用来自插电充电事件的数据估计磷酸铁锂电池组的充电容量的方法，所述方法包括:
启动电池组的插电充电事件并且在充电事件期间记录端电压数据和充电电流数据； 完成插电充电事件并且存储端电压数据和充电电流数据；
在来自插电充电事件的两个时间点处由端电压数据确定开路电压值；
在来自插电充电事件的两个时间点处由开路电压值确定充电状态值；以及 使用充电状态值和充电电流数据计算电池组的充电容量。
[0008]2.根据方案I所述的方法，其特征在于，在两个时间点处由端电压数据确定开路电压值包括对于两个时间点的至少一个，通过在时间点处取得端电压并且减去时间点处的充电电流与预定电池组电阻的乘积计算开路电压。
[0009]3.根据方案2所述的方法，其特征在于，预定电池组电阻由一种方法确定，所述方法包括:
在电池组上执行基于实验室的插电充电事件并且在基于实验室的插电充电事件期间记录端电压数据和充电电流数据；
对于基于实验室的插电充电事件的持续时间，由端电压数据和充电电流数据确定电池组的充电状态；
对于基于实验室的插电充电事件的持续时间，由电池组的充电状态确定开路电压数
据；
对于基于实验室的插电充电事件的持续时间，计算过电位值，作为端电压数据和开路电压数据之间的差值；
对于基于实验室的插电充电事件的至少一个时间点，计算预定电池组电阻，其中所述电阻等于时间点的过电位值除以时间点的充电电流；以及
对于温度和充电电流的范围，重复基于实验室的插电充电事件。
[0010]4.根据方案I所述的方法，其特征在于，在两个时间点处由端电压数据确定开路电压值包括对于两个时间点的至少一个，在电池组已经搁置了预定时间段之后，使开路电压值等于测量的端电压。
[0011]5.根据方案I所述的方法，其特征在于，由开路电压值确定充电状态值包括使用磷酸铁锂电池组的预定充电状态与开路电压曲线。
[0012]6.根据方案5所述的方法，其特征在于，两个时间点对应于充电状态与开路电压曲线上的位置，其中所述曲线具有大于预定阈值的斜率。
[0013]7.根据方案I所述的方法，其特征在于，使用充电状态值和充电电流数据计算电池组的充电容量包括使用等式:
【权利要求】
1.一种使用来自插电充电事件的数据估计磷酸铁锂电池组的充电容量的方法，所述方法包括: 启动电池组的插电充电事件并且在充电事件期间记录端电压数据和充电电流数据； 完成插电充电事件并且存储端电压数据和充电电流数据； 在来自插电充电事件的两个时间点处由端电压数据确定开路电压值； 在来自插电充电事件的两个时间点处由开路电压值确定充电状态值；以及 使用充电状态值和充电电流数据计算电池组的充电容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个时间点处由端电压数据确定开路电压值包括对于两个时间点的至少一个，通过在时间点处取得端电压并且减去时间点处的充电电流与预定电池组电阻的乘积计算开路电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预定电池组电阻由一种方法确定，所述方法包括: 在电池组上执行基于实验室的插电充电事件并且在基于实验室的插电充电事件期间记录端电压数据和充电电流数据； 对于基于实验室的插电充电事件的持续时间，由端电压数据和充电电流数据确定电池组的充电状态； 对于基于实验室的插电充电事件的持续时间，由电池组的充电状态确定开路电压数据； 对于基于实验室的插电充`电`事件的持续时间，计算过电位值，作为端电压数据和开路电压数据之间的差值； 对于基于实验室的插电充电事件的至少一个时间点，计算预定电池组电阻，其中所述电阻等于时间点的过电位值除以时间点的充电电流；以及 对于温度和充电电流的范围，重复基于实验室的插电充电事件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个时间点处由端电压数据确定开路电压值包括对于两个时间点的至少一个，在电池组已经搁置了预定时间段之后，使开路电压值等于测量的端电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由开路电压值确定充电状态值包括使用磷酸铁锂电池组的预定充电状态与开路电压曲线。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，两个时间点对应于充电状态与开路电压曲线上的位置，其中所述曲线具有大于预定阈值的斜率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用充电状态值和充电电流数据计算电池组的充电容量包括使用等式:
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，磷酸铁锂电池组在电动车辆中使用。
9.一种使用来自插电充电事件的数据估计具有磷酸铁锂电池组的电动车辆的驾驶里程的方法，所述方法包括: 启动电池组的插电充电事件并且在充电事件期间记录端电压数据和充电电流数据； 完成插电充电事件并且存储端电压数据和充电电流数据； 在来自插电充电事件的两个时间点处由端电压数据确定开路电压值，其中两个时间点对应于磷酸铁锂电池组的充电状态与开路电压曲线上的位置，其中所述曲线具有大于预定阈值的斜率； 使用充电状态与开路电压曲线，在来自插电充电事件的两个时间点处由开路电压值确定充电状态值； 使用充电状态值和充电电流数据计算电池组容量；以及 使用电池组容量和充电状态值以提供估计的驾驶里程值给驾驶员。
10.一种使用来自 插电充电事件的数据估计磷酸铁锂电池组的充电容量的系统，所述系统包括: 电压表，其用于记录在充电事件之前、期间和之后的电池组端电压数据； 电流表，其用于记录在充电事件期间的电池组充电电流数据；以及 控制器，其与电压表和电流表连通，所述控制器配置成控制到电池组的充电电流，所述控制器还配置成基于充电事件的两个时间点处的电池组的充电状态值和两个时间点之间的累积充电电流估计电池组的充电容量。
【文档编号】G01R31/36GK103869252SQ201310672515
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】C.W.莫索, M.瓦尔斯特伦, Z.D.拜尔斯马 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司