CN103033753B - 一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率(SoC)的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速判断磷酸铁锂电池（组）荷电保持率（SoC）的方法，具体是在磷酸铁锂电池（组）外接电路上连接一个控制电路来实现的，包括输入电路和输出电路，输入电路包括电流放大器、模数转换器、单片机；输出电路包括继电器、锰酸锂电池、负载、电量管理IC、开关；当磷酸铁锂电池（组）充（放）电的时候，输入电路将自动分析其电流强度并发出指令，命令输出电路中的继电器闭合，锰酸锂电池也以指定的电流强度充（放）电；锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池（组）的荷电量成线性相关关系，据此，可以通过对锰酸锂电池的SOC的检测，快速判断出磷酸铁锂电池（组）的SoC，本发明所述方法耗费时间少，判断准确、快速，方便操作。

Description

一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率(SoC)的方法

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组SoC的方法。

背景技术

近年来，由于能源危机，尤其是温室气体排放所导致的气候变暖问题，使用低排放的环保能源已经成为了迫切要求。因此，太阳能、风能等清洁能源的开发与利用得到了长足的发展。然而，太阳能、风能发电等都是不稳定的能源，实现并网发电的前提是解决储能的问题；而电动汽车因排放低(或零排放)、较高的能量转换效率等优点，其研究和应用获得了巨大进展，锂离子电池由于具有工作电压高、比能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境污染小等优点，首先在移动通讯设备、移动电子设备等领域获得了巨大的成功，目前正在向大型储能设备、电动汽车领域扩张，全球范围内的新能源战略为动力锂离子电池的发展提供了一个前所未有的平台。

磷酸铁锂具有长循环寿命、高安全性以及较高的理论电化学容量而成为了电动汽车用锂离子电池、储能电池的理想正极材料。因此，磷酸铁锂电池或电池组已经广泛应用在储能电池、动力电池上。动力电池、储能电池在使用过程中，获取精确的荷电状态，能够有效的避免过充电、过放电等对电池的破坏性操作，延长电池寿命，这就需要随时对电池的荷电保持率(SoC)进行监测，以保证电池组安全运行。然而，荷电状态为不可直接测量的参数，只能通过电流、电压、温度以及其它可获取的电池信息对其进行估计。由于磷酸铁锂在充放电过程中存在明显的相变界面，因此，磷酸铁锂电池或电池组充放电过程中总是会出现很长的电压平台，使得磷酸铁锂电池或电池组的荷电保持率的估算变得极其困难。

目前，获取SoC最简单的办法就是完全的放电实验，但是这是一种离线的方法，耗费大量时间并且会改变电池的老化程度。目前使用的在线方法有安时电量法、电路模型法、内阻测量法、卡尔曼滤波法等，这些方法不仅复杂而且误差很大。因此，急需发展一种能够快速准确判断磷酸铁锂电池或电池组的SoC方法。

本发明通过将磷酸铁锂电池或电池组与特定电子元件连接组成电路，通过特定的电子元件的调节，将磷酸铁锂电池或电池组中流经的电流转化成锰酸锂电路中的电流，通过对锰酸锂电池的SoC的检测，实现对磷酸铁锂电池或电池组的SoC快速判断，耗费时间少，判断准确、快速，方便操作，对电池没有任何影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率(SoC)的方法，是通过在电池组上连接一个控制电路电路来实现的，包括输入电路和输出电路；

所述输入电路包括磷酸铁锂电池组、电流放大器、模数转换器、单片机，其中，磷酸铁锂电池组与电流放大器电连接，电流放大器与模数转换器电连接，模数转换器与单片机电连接，构成一个输入回路；

所述输出电路包括继电器、锰酸锂电池、负载、电量管理IC、开关，其中，所述输入电路的单片机与继电器电连接，继电器与负载电连接，负载与开关电连接，开关与锰酸锂电池电连接，锰酸锂电池与电量管理IC电连接，构成一个输出回路；具体方法为：

当所述磷酸铁锂电池或电池组放电的时候，输入电路自动分析其电流强度并发出指令，命令输出电路中的继电器闭合，锰酸锂电池也以一定的电流强度放电，通过电量管理IC检测到锰酸锂电池的SoC，根据锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系，可以得出磷酸铁锂电池或电池组的SoC；

当所述磷酸铁锂电池或电池组充电的时候，输入电路自动分析其电流强度并发出指令，命令输出电路中的继电器闭合，锰酸锂电池也以一定的电流强度充电，通过电量管理IC检测到锰酸锂电池的SoC，根据锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系，可以得出磷酸铁锂电池或电池组的SoC。

可选地，所述的磷酸铁锂电池或电池组SoC的方法，所述单片机在工作时可以根据磷酸铁锂电池组的电容量和锰酸锂电池的电容量值自动调节,使得磷酸铁锂电池组的电容量等于锰酸锂电池的电容量的整数倍。

可选地，根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池或电池组SoC的方法，所述锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系为：磷酸铁锂电池或电池组充(放)电时的荷电保持率与锰酸锂电池充(放)电时的荷电保持率相等，直接可以从受控电路中电量管理IC中读出放电时磷酸铁锂电池组的荷电保持率。

综上所述，本发明的有益效果是，克服了放电实验这种离线的方法耗费大量时间并且会改变电池的老化程度，和目前的在线方法操作复杂、误差大的缺点，提供了一种耗费时间少，判断准确、快速，方便操作，对电池没有任何影响的判断方法。

附图说明

图1是本发明的控制电路示意图，其中图1-1为输入电路，图1-2为输出电路。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，1是磷酸铁锂电池组，2是电流放大器，3是模数转换器，4是单片机，5是继电器，6是负载，7是开关，8是锰酸锂电池，9是电量管理IC；本发明所述的一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组SoC的方法，是通过在电池组上连接一个控制电路来实现的，包括输入电路和输出电路；

所述输入电路包括磷酸铁锂电池组1、电流放大器2、模数转换器3、单片机4；所述输出电路包括继电器5、锰酸锂电池8、负载6、电量管理IC 9、开关7；

其中，电流放大器和模数转换器的作用是分析控制电路中的总电流，并将其转换为数字信号，并将数字信号传递给单片机；单片机的作用是对数字信号进行分析判断，并发出指令，令输出电路以一定的电流通过,并且单片机在工作时可以根据磷酸铁锂电池组的电容量和锰酸锂电池的电容量值自动调节,使得磷酸铁锂电池组的电容量等于锰酸锂电池的电容量的整数倍。继电器的作用是控制输出电路工作或休息；电量管理IC的作用是检测锰酸锂电池的荷电保持率。

具体电路连接为：将一组磷酸铁锂电池(k个单体电池)通过一定的方式连接，电池组的容量为C_F，磷酸铁锂电池组与电流放大器电连接，电流放大器与模数转换器电连接，模数转换器与单片机电连接，构成一个输入回路；所述输入电路的单片机与继电器电连接，继电器与负载电连接，负载与开关电连接，开关与锰酸锂电池电连接，锰酸锂电池与电量管理IC电连接，构成一个输出回路；输入电路通过磷酸铁锂电池组的充放电控制所述输出电路中锰酸锂电池的充放电。

磷酸铁锂电池组放电时的SoC估算：

当输入电路中磷酸铁锂电池组和输出电路中锰酸锂电池均处于满电状态时，假设它们的容量分别为C_F与C_M。输入电路中磷酸铁锂电池组开始放电时，电路中的总电流强度为I，控制电路同时启动工作，模数转换器将输入电路的电流转换成数字信号传递给单片机，单片机发出指令，令输出电路中的锰酸锂电池以I/n(n为大于1的正整数且nC_M>C_F)的电流强度放电，继电器接收到单片机的指令后迅速闭合，锰酸锂电池以I/n的电流强度放电。设输入电路中的磷酸铁锂电池组放电时间为t，放电结束以后，输出电路中电量管理IC显示锰酸锂电池的荷电保持率为S_M，则磷酸铁锂电池组的荷电保持率为：

S_F＝(C_F-It)/C_F′100％ (1)

锰酸锂磷电池组的荷电保持率为：

$S_M=(C_M-\frac{It}{n})/C_M\×100\%---\left(2\right)$

将(2)式代入(1)式得：

$S_F=1-\frac{{\mathrm{nC}}_M}{C_F}(1-S_M)---\left(3\right)$

(3)式中C_F、C_M\、n均已知，在S_M可以通过电量管理IC检测情况下，可以简单求得S_F,而单片机可以根据C_F、C_M值调节n的大小，使得C_F＝nC_M，则(3)式可简化为：

S_F＝S_M (4)

综上所述，可以直接从输出电路中电量管理IC中读出放电时磷酸铁锂电池组的荷电保持率S_F。

实施例2：

磷酸铁锂电池组充电时的SoC估算：

充电之前，将输出电路中的开关K置于断开状态，将锰酸锂电池和磷酸铁锂电池组的充电端口均***充电电源，当磷酸铁锂电池组总充电电流为I′时，通过输入电路强制输出电路中的锰酸锂电池以I′/n电流强度充电，假设它们的容量分别为C_F′与C_M′。输入电路中磷酸铁锂电池组开始充电时，电路中的总电流强度为I′，控制电路同时启动工作，模数转换器将控制电路的电流转换成数字信号传递给单片机，单片机发出指令，令输出电路中的锰酸锂电池以I′/n(n为大于1的正整数且nC_M′>C_F′)的电流强度充电，继电器接收到单片机的指令后迅速闭合，锰酸锂电池以I′/n的电流强度充电。设输入电路中的磷酸铁锂电池组充电时间为t′，充电结束以后，输入电路中磷酸铁锂电池组荷电保持率为S_F′，输出电路中电量管理IC显示锰酸锂电池的荷电保持率为S_M′_，

推断方法同实施例1.

综上所述，可以直接从输出电路中电量管理IC中读出充电时磷酸铁锂电池组的荷电保持率S_F′。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率（SoC）的方法，是通过在电池组上连接一个控制电路来实现的，包括输入电路和输出电路，其特征在于：

所述输入电路包括磷酸铁锂电池或电池组、电流放大器、模数转换器、单片机，其中，磷酸铁锂电池或电池组与电流放大器电连接，电流放大器与模数转换器电连接，模数转换器与单片机电连接，构成一个输入回路；

所述输出电路包括继电器、锰酸锂电池、负载、电量管理IC、开关，其中，所述输入电路的单片机与继电器电连接，继电器与负载电连接，负载与开关电连接，开关与锰酸锂电池电连接，锰酸锂电池与电量管理IC电连接，构成一个输出回路；

所述一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率（SoC）的方法，具体为：当所述磷酸铁锂电池或电池组放电的时候，输入电路自动分析其电流强度并发出指令，命令输出电路中的继电器闭合，锰酸锂电池也以一定的电流强度放电，通过电量管理IC检测到锰酸锂电池的SoC，根据锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系，可以得出磷酸铁锂电池或电池组的SoC；

所述一种快速判断磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率（SoC）的方法，具体为：当所述磷酸铁锂电池或电池组充电的时候，输入电路自动分析其电流强度并发出指令，命令输出电路中的继电器闭合，锰酸锂电池也以一定的电流强度充电，通过电量管理IC检测到锰酸锂电池的SoC，根据锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系，可以得出磷酸铁锂电池或电池组的SoC。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率（SoC）的方法，其特征在于：所述单片机在工作时根据磷酸铁锂电池或电池组的电容量和锰酸锂电池的电容量值自动调节,使得磷酸铁锂电池或电池组的电容量等于锰酸锂电池的电容量的整数倍。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池或电池组荷电保持率（SoC）的方法，其特征在于：所述锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系为：输出电路中的锰酸锂电池以I′/n电流强度充电并且磷酸铁锂电池或电池组的电容量等于锰酸锂电池电容量的n倍时，其中, I′为磷酸铁锂电池或电池组总充电电流,n为大于1 的正整数，磷酸铁锂电池或电池组充电时的荷电保持率与锰酸锂电池充电时的荷电保持率相等，直接可以从受控电路中电量管理IC中读出充电时磷酸铁锂电池或电池组的荷电保持率；所述锰酸锂电池的荷电量与磷酸铁锂电池或电池组的荷电量的线性相关关系为：输出电路中的锰酸锂电池以I′/n电流强度放电并且磷酸铁锂电池或电池组的电容量等于锰酸锂电池电容量的n倍时，磷酸铁锂电池或电池组放电时的荷电保持率与锰酸锂电池放电时的荷电保持率相等，直接可以从受控电路中电量管理IC中读出放电时磷酸铁锂电池或电池组的荷电保持率。