CN103344919B

CN103344919B - 一种校准锂离子动力电池soc的方法

Info

Publication number: CN103344919B
Application number: CN201310261830.5A
Authority: CN
Inventors: 王润鑫; 何斌; 柴晓飞
Original assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: CN103344919A

Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆用锂离子动力电池SOC校准的方法。本方法利用BMS和整车控制***共同作用，使车辆在行车过程中即可完成电池电荷状态（SOC）校准，以电池电压阈值为基准点，校准精度高；通过整车控制器进行操作参与校准，实现容易，稳定可靠；可以根据需要在行车过程中随时校准，更加节省能量。

Description

一种校准锂离子动力电池SOC的方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池校准方法，适用于电动汽车及混合动力汽车。

背景技术

随着新能源汽车的推广和普及，电驱动车辆越来越多地受到关注。油电混合动力车辆常用的电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池及锂电池，锂动力电池由于其比能量高、重量轻、寿命长等特点优于其它电池，成为越来越多油电混合动力车辆的首选。混合动力，尤其是重度混合动力车辆在行车中通过协调发动机与电池之间的能量输出，以达到节能的效果，这需要电池管理***时刻显示和报告准确的电池电量（SOC），整车控制机构才能决定电池以多大的能量比例输出。如果SOC检测不准会使电池管理***发出错误报告，引起锂电池的过充或者过放。而对于锂电池而言，频繁和长期的过充或者过放都会对电池造成损害，轻则减少锂电池使用寿命，重则引发安全事故。如何安全合理地使用锂电池，充分利用电量，延长电池寿命，是锂电池在电动汽车及混合动力汽车领域推广所必须解决的问题。与铅酸电池不同的是，锂离子电池的SOC与电压之间并不是直接的线性对应关系，锂离子电池SOC与电压对应的充放电曲线关系如图1所示。在SOC较低时，SOC与电压呈近似的正比线性关系，当SOC上升到一定的量，SOC随着电压的变化的趋势并不明显；但当SOC接近满状态时，SOC与电压又呈现出另一种近似的正比线性关系。这样导致锂离子电池无法像铅酸电池一样通过测量电池电压得出SOC状态。目前常用的SOC估算方法是采用安时积分法，即采用积分的方式，取某一时刻的电量SOC₀作为初始电量，以时间作为变量，取某一小段时间t对SOC(t)作积分运算，估算t时刻后电池电量SOC_t。但是，在实际应用中，由于温度、电流等因素的影响，电池的充电效率或放电倍率不恒定，通过累计电流积分来计算SOC存在累计误差。如果没有定期修正，该误差会随时间而逐渐增大，造成SOC估算错误。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池SOC的校准方法，该方法包括：由电池管理***（BMS）执行以下步骤：

a.判断电池是否满足SOC校准条件，若满足，执行步骤b，若不满足，退出；

b.发送SOC校准命令。

c.接收SOC校准模式信号，若接收到信号，执行步骤d，若没有接收到信号，回到步骤a；

d.判断电池电压是否达到上限阈值电压或者下限阈值电压，若达到上限阈值电压，则电池SOC置100%；若达到下限截至电压，则电池SOC置0；

e.发送校准完成命令并退出校准。

所述判断电池是否满足SOC校准条件的方法为：测量电池SOC与电压的对应关系；测量某一时刻t的电压，通过上述的对应关系得出该时刻的电池电量SOCt；利用安时积分法计算出t时刻的电池电量SOCt’；判断SOCt与SOCt’差值的绝对值是否大于设定值，是则满足SOC校准条件，否则不满足SOC校准条件。

所述步骤b还包括判断电池电压，若电压高于电池最高电压50%，发送SOC充电校准命令；若电压低于电池最高电压50%，发送SOC放电校准命令；

进一步地，由整车控制机构执行以下步骤:

f.接收步骤b的电池SOC校准命令；

g.判断工况是否满足，若是，则发送SOC校准模式信号并执行步骤g,若否，则不响应该命令；

h.控制电机以设定电流工作；

i.接收步骤e的校准完成命令并退出校准；

更进一步，所述电池SOC校准命令包括充电校准命令和放电校准命令。

再更进一步，若步骤e中电池SOC校准命令是充电校准命令，步骤g中电机以设定电流给电池充电；若步骤e中电池SOC校准命令是放电校准例命令，步骤g中电机以设定电流消耗电池电能。

所述设定电流是恒定电流。

与使用现有SOC校准和测量方法相比，本SOC校准方法以电池电压阈值为基准点，校准精度高；通过整车控制器进行操作参与校准，实现容易，稳定可靠；可以根据需要在行车过程中随时校准，更加节省能量。

附图说明

图1是测量所得锂离子电池放电SOC-电压曲线关系图；

图2是本发明锂离子电池SOC校准条件判断流程；

图3是本发明锂离子电池管理***SOC校准流程；

图4是本发明锂离子电池SOC充电校准方法流程；

图5是本发明锂离子电池SOC放电校准方法流程；

图6是锂离子电池常温下倍率充电曲线；

图7是锂离子电池常温下倍率放电曲线。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明涉及的锂电池SOC校准方法。一般混合动力驱动***中主要包括发动机；主电机（发电机），由主电机（发电机）控制器控制；电池，由电池管理***（BMS）管理控制。整车控制机构控制整车各电机控制器的协调工作。

本发明涉及到的SOC校准方法包括以下步骤：

b.发送SOC校准命令。

e.发送校准完成命令并退出校准。

需要详细说明的是，上述中a步骤中的校准条件可以是满足电池需要校准的任何条件。

其中一种情况是定期校准，电池管理***BMS中SOC的计算一般都是通过安时积分法，在本申请文件背景技术中已经对安时积分法进行了说明。电池随着使用时间的加长，由于时间的累积产生的误差会越来越大，安时积分法计算得出的SOC与实际的偏差也会越来越大，故而混合动车车辆中电池使用一段时间后，可以认为其BMS所显示的SOC值已经不准确，需要进行校准。定期校准中认为只要时间条件满足，校准条件即满足。

另一种方式可以定量地说明电池电荷状态显示需要校准，如图2所示。本发明优选采用这种方式。该校准条件的方法为：

首先测量电池SOC与电压的对应关系，该对应关系可以是静态下测量的，也可以是在行车过程中，电池任务空闲期的任一时刻进行，所得的数据形成表格或者曲线。

然后测量某一时刻t的电压，通过上述的对应关系得出该时刻的电池电量SOCt，该步骤一般在行车过程中对电池电压进行采集，通过查找等方式对应出该电压下的电池电荷状态。

另一方面利用安时积分法计算出t时刻的电池电量SOCt’，对比SOCt与SOCt’，判断SOCt与SOCt’差值的绝对值是否大于设定值，是则满足SOC校准条件，否则不满足SOC校准条件。

上述的设定值跟据电池的实际参数进行确定，可以先假设不影响电池寿命前提下的电池SOC容差，比如超过电池SOC的5%，来确定设定值。

图3显示了本发明SOC校准主要步骤流程。按照上述步骤b，BMS发送SOC校准命令，其中包括充电校准命令和放电校准命令。其特点在于，当电池电量在一半以上时，采用充电校准方式能更快速地得到校准结果，同样，当电池电量在一半以下时，采用放电校准方式能更快速地完成校准。但是由于BMS***估算的SOC不准确，可能会影响其对校准模式的选择，所在本发明优先采用测量到的电池电压进行判断。即，如果测量得到的电池电压低于电池额定电压的50%，则可认定其电量也低于总电量的一半，采用放电校准模式，BMS向整车控制***发送放电校准命令；如果测量得到的电池电压高于电池额定电压的50%，则可认定其电量也高于总电量的一半，采用充电校准模式，BMS向整车控制***发送充电校准命令。

BMS发送校准命令后，会等待接收整车控制***回馈信号，即是否同意校准。其等待时间可以根据实际情况自由设定。如果没有接收到回馈信号，则表明整车控制***当前的实际情况不允许完成校准，BMS退回开始，重新进行校准判断；若接收到回馈信号，则进行步骤d，即监控电池的电压状态。

对电池电压状态的监控可能出现两种情况：电压达到阈值上限和电压达到阈值下限，分别对应充电校准模式和放电校准模式。若电压达到阈值上限，则BMS认为电池电荷状态为满，即SOC=100%，重置SOC值为1；若电压达到阈值下限，则BMS认为电池电荷尔状态为空，即SOC=0，重置SOC值为0。

对电池SOC置1或归0后，BMS发送校准完成命令，并退出校准。

整车控制***方面，接收到SOC校准命令后，判断命令为充电校准或者放电校准。图4和图5分别显示了充电校准模式和放电校准模式的SOC校准流程。若接到充电校准命令，首先判定车辆工况是否允许，即电动机和/或发电机是否处于工作状态，如果此时电动机和/或发电机正常工作，比如车辆处于纯电动行驶、爬坡等消耗电能的状态或者行车发电、能量回收等给电池充电的状态，则暂时不响应充电校准命令，等待一段时间后重新判断车辆工况，直至工况允许。整车控制***判定工况允许后，向BMS发送SOC校准模式信号（充电校准和放电校准模式下SOC校准模式信号可以是相同的），然后设定发电机工作电流，即，以设定的恒定电流向电池充电。这个过程中要求电动机不工作（不消耗电能），直至电池充满；若接到放电校准命令，首先判定车辆工况是否允许，即电动机和或发电机是否处于工作状态，如果此时电动机和/或发电机正常工作，比如车辆处于纯电动行驶、爬坡等消耗电能的状态或者行车发电、能量回收等给电池充电的状态，则暂时不响应充电校准命令，等待一段时间后重新判断车辆工况，直至工况允许。整车控制器判定工况允许后，向BMS发送SOC校准模式信号（充电校准和放电校准模式下SOC校准模式信号可以是相同的），然后设定电动机工作电流，即，电动机以设定的恒定电流消耗电能。这个过程中要求发电机不工作（不向电池充电），直至电池电量用尽。

整车控制***在上述过程中持续接收校准完成信号，如果收到该信号，则完成校准，退出校准模式；然后向整车控制器发送校准完成信号，由整车控制器接收后，完成校准。

下面对上述的“设定的恒定电流”详细说明。根据锂电池特有的属性，其倍率放电曲线和充电曲线如图6和图7所示。图6和图7分别比较了充/放电电流分别为1C，5C，10C，15C，20C恒流充/放电时的电压-SOC充/放电曲线（对于7.5Ah的电池，1C电流是7.5A）。从图上可以看出，充/放电电流越大，电池充/放电越不彻底。由于一般电池出厂时电池电量都是采用1C及以下的恒流电流进行充/放电的情况下测定的，利用本发明方法进行电池SOC校准时，应使用尽量小的恒流电流，最好是小于或者等于1C的电流。本实施例优先选用1C充/放电电流。这样既能保证电池SOC校准的精确度，又可以使校准以较快的速度完成电池充/放电。

Claims

1.一种锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，由电池管理***(BMS)执行以下步骤：

a.判断电池是否满足SOC校准条件，若满足，执行步骤b，若不满足，退出，所述判断电池是否满足SOC校准条件的方法为：测量电池SOC与电压的对应关系；测量某一时刻t的电压，通过上述的对应关系得出该时刻的电池电量SOC_t；利用安时积分法计算出t时刻的电池电量SOC_t’；判断SOC_t与SOC_t’差值的绝对值是否大于设定值，是则满足SOC校准条件，否则不满足SOC校准条件；

b.发送SOC校准命令；

d.判断电池电压是否达到上限阈值电压或者下限阈值电压，若达到上限阈值电压，则电池SOC置100％；若达到下限阈值电压，则电池SOC置0；

e.发送校准完成命令并退出校准。

2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，所述步骤b还包括判断电池电压，若电压高于电池最高电压50％，发送SOC充电校准命令；若电压低于电池最高电压50％，发送SOC放电校准命令。

3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，由整车控制机构执行以下步骤:

f.接收步骤b的电池SOC校准命令；

g.判断工况是否满足，若是，则发送SOC校准模式信号并执行步骤h，若否，则不响应该命令；

h.控制电机以设定电流工作；

i.接收步骤e的校准完成命令并退出校准。

4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，所述电池SOC校准命令包括充电校准命令和放电校准命令。

5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，若步骤b中电池SOC校准命令是充电校准命令，步骤h中电机以设定电流给电池充电；若步骤b中电池SOC校准命令是放电校准例命令，步骤h中电机以设定电流消耗电池电能。

6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池电荷状态校准的方法，其特征在于，所述设定电流是恒定电流。