锂电池最大放电功率的估算方法与流程

本发明涉及一种锂电池最大放电功率的估算方法。
背景技术：
：锂电池的最大放电功率，可以评估电池在不同状态下输出功率的极限。因此，锂电池的最大放电功率的计算，对于匹配电池与负载，合理利用电池，延长电池寿命，都具有重要意义。锂电池的最大放电功率在离线状态下可以设计实验，使用设备进行测量，但是不适合在线评估锂电池的状态。近年来，也出现了一些锂电池最大放电功率的在线估算方法，比如公开号为CN104298793A的专利申请文件“一种动力电池组极限功率的模型反推动态算法”、公开号为CN103675707A的专利申请文件“锂离子电池峰值功率在线评估方法”、公开号为CN103675707A的专利申请文件“一种动力电池的峰值功率预测方法”等。这些对锂电池最大放电功率的评估计算的方法，模型复杂，参数调整困难，对于主要由MCU控制的电池管理系统来说负担过重，工程实施上存在很大障碍。因此，需要提出一种鲁棒性好、精度较高、参数调整方便的锂电池最大放电功率在线估算方法。技术实现要素：为此，本发明提供了一种锂电池最大放电功率的估算方法，用于在线估算锂电池当前的最大放电功率，包括如下步骤：S1.估算所述锂电池当前的内阻值R1；S2.根据如下公式计算所述锂电池的当前实际能够输出的最大放电电流I：其中，UOCVx为所述锂电池在当前的电量SOCx下的开路电压值，Umin为所述锂电池的外部有电流时的最小输出电压，Imax为所述锂电池的额定最大输出电流；S3.根据所述锂电池的当前实际能够输出的最大放电电流I，计算所述锂电池当前的最大放电功率P。优选地，在步骤S3中根据如下公式计算所述锂电池当前的最大放电功率P：P＝Umin×I。进一步地，所述步骤S1包括：S1-1.获取所述锂电池的初始内阻值R0，所述初始内阻值R0为所述锂电池在第一次循环使用时在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值；S1-2.根据所述锂电池当前的电量SOCx计算对内阻值的电量修正系数αSOC，根据所述锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数αH，根据所述锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数αW；S1-3.根据如下公式计算当前所述锂电池的内阻值R1：R1＝R0×αSOC×αH×αW。优选地，所述预定电量SOC0大于或等于第一电量SOC1，所述第一电量SOC1根据所述锂电池的如下分布来确定：当所述锂电池的电量大于或等于所述第一电量SOC1时，其内阻值的变化量小于第一预定值；当所述锂电池的电量小于所述第一电量SOC1时，其内阻值的变化量大于第二预定值，其中，所述第一预定值不大于所述第二预定值。进一步地，所述电量修正系数αSOC通过如下公式计算：其中，为所述锂电池在第一次循环使用时在预定温度T0下电量为第二电量SOC2时的内阻值，所述第二电量SOC2小于所述第一电量SOC1。进一步地，所述循环容量衰减系数αH通过如下公式计算：其中，J为所述锂电池的总循环使用次数，RJ/2为所述锂电池在第J/2次循环使用后在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值，RJ为所述锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值。进一步地，所述温度修正系数αW根据预存的温度查找表来计算，其中，所述温度查找表包括多个温度t1,t2,...,tN以及与所述多个温度分别对应的温度修正系数αW1,αW2,...,αWN。所述多个温度t1,t2,...,tN中包括特定温度tx，其值等于所述预定温度T0；并且，与所述特定温度tx对应的温度修正系数αWx为1。优选地，所述预定电量SOC0为50％，所述第一电量SOC1为30％，所述第二电量SOC2为10％。本发明的锂电池最大放电功率的估算方法，通过获取锂电池当前的电量、循环使用次数、以及温度，来估算锂电池的最大放电功率，其运算量较小，工程实现方便。附图说明图1为本发明的锂电池最大放电功率的估算方法的流程示意图；图2为图1中步骤S1的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明的锂电池最大放电功率的估算方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。本发明提供了一种锂电池最大放电功率的估算方法，用于在线估算锂电池当前的最大放电功率。如图1所示，该方法包括：步骤S1：根据锂电池当前的电量SOCx、当前的循环使用次数j、以及当前的温度t，估算锂电池当前的内阻值R1。具体地，步骤S1还包括如下子步骤：子步骤S1-1：获取锂电池的初始内阻值R0。初始内阻值R0是指，锂电池在第一次循环使用时、在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值。该初始内阻值R0可以是在上述条件下离线测量的内阻值，然后保存在存储器中，在需要在线估算锂电池的内阻值R1时，从存储器中读取得到。一次循环使用是指一次充放电过程，第一次循环使用是指锂电池为没有进行充放电循环使用过程的新电池。预定电量SOC0的选取需要考虑锂电池在该预定电量SOC0时的内阻值必须是稳定的。由于锂电池的内阻值在电量充足时比较稳定(即当锂电池的电量大于或等于第一电量SOC1时其内阻值的变化量小于第一预定值)，而电量低于第一电量SOC1时会明显增大(即当锂电池的电量小于第一电量SOC1时其内阻值的变化量大于第二预定值，其中第一预定值不大于第二预定值)，因此，预定电量SOC0需要大于或等于第一电量SOC1。经实验可得，该第一电量SOC1的优选值为30％。预定电量SOC0的选取需要大于或等于30％，按照锂电池的预定的使用状态，预定电量SOC0的优选值推荐为50％。预定温度T0是指锂电池通常的温度，可以选择锂电池在正常工作时的温度范围内的任意一个温度值作为预定温度T0，例如20℃。子步骤S1-2：根据锂电池当前的电量SOCx计算对内阻值的电量修正系数αSOC，根据锂电池当前的循环使用次数j计算对内阻值的循环容量衰减系数αH，根据锂电池当前的温度t计算对内阻值的温度修正系数αW。锂电池当前的电量SOCx、当前的循环使用次数j、和当前的温度t可以从锂电池的实时管理系统的输出中获得。电量修正系数αSOC的计算：电量修正系数αSOC反应锂电池当前的电量SOCx对其内阻值的影响，即从初始内阻值R0到当前内阻值R1由于电量变化所引起的内阻值的变化程度。由于锂电池的内阻值在电量大于或等于第一电量SOC1时比较稳定，而在电量低于第一电量SOC1时会明显增大，因此，优选地，电量修正系数αSOC可以通过如下公式1来计算：公式1其中，为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T0下电量为第二电量SOC2时的内阻值，第二电量SOC2为小于第一电量SOC1的一个电量值，优选地该第二电量SOC2为10％。当然，电量修正系数αSOC也可以使用其他的方法来计算。例如，经实验观察发现，锂电池的内阻值在其电量为SOC1～SOC3之间时比较稳定，而在小于SOC1或者大于SOC3时均呈线性或类似线性变化，因此，可选地，电量修正系数αSOC可以通过如下公式1’来计算：公式1’其中：RSOCl为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T0下电量为SOCl时的内阻值，即与初始内阻值R0的其他条件相同但电量为SOCl时的内阻值，其中SOCl满足0＜SOCl＜SOC1，即小于SOC1的分段内的电量的代表值，其优选值为10％；RSOCh为锂电池在第一次循环使用时在预定温度T0下电量为SOCh时的内阻值，即与初始内阻值R0的其他条件相同但电量为SOCh时的内阻值，其中SOCh满足SOC3＜SOCh＜100，即大于SOC3的分段内的电量的代表值，其优选值为90％。在公式1中，电量修正系数αSOC分两段进行计算，其中在其电量大于或等于SOC1时电量修正系数αSOC为1，在电量小于SOC1时以第三电量SOC3时的内阻值的修正系数为此段的电量修正系数αSOC。而在公式1’中，电量修正系数αSOC分三段进行计算，其中在其电量为SOC1～SOC2之间时电量修正系数αSOC为1，在电量为其他值时通过线性公式计算电量修正系数αSOC。显然公式1的方法比公式1’的方法简便，但公式1’的方法比公式1的方法精确。此外，电量修正系数αSOC还可以有其他的计算方法，例如，可以通过离线测量值建立查找表，然后在线计算时通过查表法来得到电量修正系数αSOC。循环容量衰减系数αH的计算：循环容量衰减系数αH反应锂电池当前的循环使用次数对其内阻值的影响，即从初始内阻值R0到当前内阻值R1由于循环使用次数的增多所引起的内阻值的变化程度。循环容量衰减系数αH通过如下公式2来计算：公式2其中，J为锂电池的总循环使用次数，即最大可能的循环使用次数，也即循环寿命；RJ/2为锂电池在第J/2次循环使用时在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值；RJ为锂电池在第J次循环使用时在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值。公式2的方法是将循环容量衰减系数αH进行分段计算，每段选取一个典型值来代表该分段内的循环容量衰减系数αH。可以理解的是，公式2的计算方法，只是分段计算的一个示例，本领域技术人员在公式2的启示下还可以变换出其他类似的计算方法。此外，循环容量衰减系数αH还可以通过其他方法来计算。例如，循环容量衰减系数αH还可以通过如下公式2’来计算：公式2’其中，RJ0为锂电池在第J次循环使用后在预定电量SOC0和预定温度T0下的内阻值。可以理解的是，循环容量衰减系数αH还可以有其他的计算方法，例如，可以通过离线测量值建立查找表，然后在线计算时通过查表法来得到循环容量衰减系数αH。温度修正系数αW的计算：温度修正系数αW反应锂电池当前的温度t对其内阻值的影响，即从初始内阻值R0到当前内阻值R1由于温度变化所引起的内阻值的变化程度。对于锂电池来说，温度修正系数是温度的函数。可以使用查表法来完成温度修正系数αW的计算，即根据预存的温度查找表来计算温度修正系数αW。温度查找表中包括多个温度t1,t2,...,tN以及与各温度对应的温度修正系数αW1,αW2,...,αWN，如表1所示：表1温度查找表温度温度修正系数t1αW1t2αW2......tNαWN温度查找表中的多个温度t1,t2,...,tN中包括特定温度tx，特定温度tx的值等于预定温度T0。并且，与特定温度tx对应的温度修正系数αWx为1。温度查找表可以将锂电池进行离线测量得到。根据锂电池当前的温度t和预存的温度查找表来计算温度修正系数αW的方法如下：若锂电池当前的温度t的值包含在温度查找表中的多个温度t1,t2,...,tN中，则直接读取与锂电池当前的温度t对应的温度修正系数αW即可。若锂电池当前的温度t的值未包含在温度查找表中的多个温度t1,t2,...,tN中，则有多种方法可以确定与之对应的温度修正系数αW。以下列举两种方法，分别为邻近法和线性法。1)邻近法：找到温度查找表中与锂电池当前的温度t的值最接近的温度tn，则读取该最接近的温度tn所对应的温度修正系数αWn为锂电池当前的温度t的温度修正系数αW。2)线性法：将温度查找表中与锂电池当前的温度t的值最接近的两个温度tn1,tn2以及所对应的两个温度修正系数αWn1,αWn2进行线性拟合，得到与锂电池当前的温度t对应的温度修正系数αWt为温度修正系数αW，即以上，通过子步骤S1-2，完成了电量修正系数αSOC、循环容量衰减系数αH、以及温度修正系数αW的计算。子步骤S1-3：根据如下公式3计算当前所述锂电池的内阻值R1：R1＝R0×αSOC×αH×αW公式3本领域技术人员可以理解的是，上述子步骤S1-2和S1-3可以合并，即，不是先计算各个修正系数再计算最终的内阻值，而是直接计算修正后的内阻值。例如，先根据锂电池当前的电量SOCx计算电量修正后的内阻值R'＝R0×αSOC，再根据锂电池当前的循环使用次数j计算电量和循环次数修正后的内阻值R”＝R'×αH，最后根据锂电池当前的温度t计算锂电池当前的内阻值R1＝R”×αW。同样可以理解的是，前述计算中的先后顺序可以变换，并不限于所列举出的这种计算顺序。以上，通过步骤1，完成了对锂电池当前的内阻值R1的估算。步骤S2：根据锂电池当前的内阻值R1，按照如下公式4来计算锂电池的当前实际能够输出的最大放电电流I：公式4其中，UOCVx为锂电池在当前的电量SOCx下的开路电压值，即锂电池当前能够提供的最高的电压值，可以通过离线测量而得到；Umin为锂电池的外部有电流时的最小输出电压，对应锂电池内阻最小时有电流的输出电压；Imax为锂电池的额定最大输出电流，即输出电流允许的上限值。步骤S3：根据锂电池的当前实际能够输出的最大放电电流I，按照如下公式5来计算锂电池当前的最大放电功率P：P＝Umin×I公式5即用锂电池内阻最小时有电流的输出电压Umin与的当前实际能够输出的最大放电电流I的乘积，来计算锂电池当前的最大放电功率P。以下以一个实例来说明本发明的锂电池内阻估算方法。某型需要在线估算其内阻值的锂电池，其当前的电量SOCx为20％，当前的温度t为40℃。子步骤S1-1：获取其在20℃(预定温度T0)下50％电量(预定电量SOC0)时新电池(第一次循环使用)的内阻值为5.56mΩ(初始内阻值R0)，即初始内阻值R0＝5.56mΩ。子步骤S1-2：获取该型锂电池在20℃(预定温度T0)下10％电量(第二电量SOC2)下新电池的内阻值为11.76mΩ通过如下公式6来计算电量修正系数αSOC：公式6该型锂电池的循环寿命为1000次(J)，1000次循环后50％电量(预定电量SOC0)和20℃(预定温度T0)下锂电池的内阻值为14.53mΩ(RJ)，当前的循环使用次数为800次(j)，则根据如下公式7来计算循环容量衰减系数αH。公式7该型锂电池的温度查找表如表2所示：表2温度查找表实例温度温度修正系数40℃0.8120℃1.0010℃1.530℃3.48则通过查表得到锂电池的温度修正系数αW＝0.81。子步骤S1-3：根据如下公式8计算锂电池当前的内阻值R1：R1＝R0×αSOC×αH×αW＝24.92mΩ公式8步骤S2：锂电池在20℃(预定温度T0)下20％电量(当前的电量SOCx)下开路电压为3.6V(UOCVx)，其外部有电流时的最小输出电压为3.0V(Umin)，额定最大输出电流为50A(Imax)。按照公式9来计算锂电池的当前实际能够输出的最大放电电流I：公式9步骤S3：按照公式10来计算锂电池当前的最大放电功率P：P＝Umin×I＝72.3W公式10本发明的锂电池最大放电功率的估算方法，适用于锂电池的最大放电功率的在线估算，其通过读取锂电池的电量、循环使用次数、和温度来估算锂电池的内阻值，然后根据该动态内阻值来计算最大放电电流和最大放电功率。其有益效果在于：1)无需附加任何检测器件即可进行在线估算，能够降低锂电池组的复杂度；2)不依赖于锂电池当前的电压和电流的检测值，估算结果可靠。由于锂电池在线的电压和电流的测量值波动很大，经常发生跳变，因此根据在线测量的电压和电流值估算的内阻值也会发生突变。而本发明的锂电池最大放电功率的估算方法，在进行内阻估计时，没有采用在线测量的电流和电压值，避免了由于测量值不准引起的估计误差；3)本发明的锂电池最大放电功率的估算方法，其方法简便，计算量较小，便于工程实现。以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3