用於磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法
2023-12-05 05:42:16
用於磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法
【專利摘要】本發明涉及用於磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法。公開了使用來自插電充電事件的數據估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法。實驗室測量的電池組電阻，其已知為隨電池電阻的壽命保持不變，能夠用於在充電期間從端電壓確定開路電壓。充電後的實際開路電壓可以之後測量，在電池組已經擱置了足夠時間量之後。開路電壓的兩個值，如果在具有足夠大的斜率的電池組的SOC-OCV曲線上的點處取得，提供電池組充電狀態的兩個值。通過隨兩個開路電壓讀數之間的時間間隔積分充電電流，並且使用兩個充電狀態值，電池組容量能夠由插電充電數據確定。
【專利說明】用於磷酸鐵鋰電池的插電充電容量估計方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及電池組的充電容量的確定，更具體地，涉及在充電之後用於估計磷酸鐵鋰電池組的容量的方法，其中磷酸鐵鋰電池電阻的性質用於使能充電期間的開路電壓的確定，並且其中用於磷酸鐵鋰電池的電壓與充電狀態曲線的特徵用於在電壓-充電曲線上的兩點處確定充電狀態，由此使實際充電容量能夠被確定。
【背景技術】
[0002]電動車輛和汽油-電或柴油-電混合動力車輛正在當今的汽車市場迅速普及。電動和混合電動車輛提供了若干可取的特徵，諸如減少或消除消費者層級的排放和基於石油的燃料消耗，和潛在地降低了操作成本。電動和混合電動車輛的關鍵子系統是電池組，其可以代表相當大比例的車輛成本。這些車輛中的電池組通常由多個互連的單元組成，它們能夠按需輸送大量功率。最大化電池組的性能和壽命，以及精確地通知駕駛員電池功率的剩餘車輛裡程，是電動和混合電動車輛設計和操作中的關鍵問題。
[0003]典型的電動車輛電池組包括兩個或更多個電池組段，每段包含提供所要求的電壓和容量所需要的很多單獨的電池單元。為了優化電池組的性能和持久性，以及為了確定可用充電容量的量，監測電池組的充電狀態是重要的。通常基於其開路電壓，使用限定為充電狀態與開路電壓(SOC-OCV)曲線的形式的已知關係來確定電池單元或全部電池組的充電狀態。然而，在一些類型的電池中，例如磷酸鐵鋰電池，SOC-OCV曲線的極低的斜率特徵使其非常難以基於開路電壓精確地確定充電狀態。
[0004]此外，不可能簡單地測量流入和流出磷酸鐵鋰電池組的充電和放電電流從而連續地確定充電狀態，因為小的誤差將隨時間積累以導致這種測量中的大的不精確。而且，因為電池組的容量會隨著電池組的壽命衰減,駕駛裡程的精確理解要求知道充電狀態和電池組容量。需要一種用於精確地確定磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，其中該方法不會有如上所述的不精確。
【發明內容】
[0005]根據本發明的教導，公開了使用來自插電充電事件的數據估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法。實驗室測量的電池組電阻，其已知為隨電池電阻的壽命保持不變，能夠用於在充電期間從端電壓確定開路電壓。充電後的實際開路電壓可以之後測量，在電池組已經擱置了足夠時間量之後。開路電壓的兩個值，如果在具有足夠大的斜率的電池組的SOC-OCV曲線上的點處取得，提供電池組充電狀態的兩個值。通過隨兩個開路電壓讀數之間的時間間隔積分充電電流，並且使用兩個充電狀態值，電池組容量能夠由插電充電數據確定。
[0006]本發明的其它特徵將從結合附圖的以下描述和權利要求變得清楚。
[0007]本發明還提供了以下方案:
1.一種使用來自插電充電事件的數據估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，所述方法包括:
啟動電池組的插電充電事件並且在充電事件期間記錄端電壓數據和充電電流數據； 完成插電充電事件並且存儲端電壓數據和充電電流數據；
在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值；
在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態值；以及 使用充電狀態值和充電電流數據計算電池組的充電容量。
[0008]2.根據方案I所述的方法，其特徵在於，在兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值包括對於兩個時間點的至少一個，通過在時間點處取得端電壓並且減去時間點處的充電電流與預定電池組電阻的乘積計算開路電壓。
[0009]3.根據方案2所述的方法，其特徵在於，預定電池組電阻由一種方法確定，所述方法包括:
在電池組上執行基於實驗室的插電充電事件並且在基於實驗室的插電充電事件期間記錄端電壓數據和充電電流數據；
對於基於實驗室的插電充電事件的持續時間，由端電壓數據和充電電流數據確定電池組的充電狀態；
對於基於實驗室的插電充電事件的持續時間，由電池組的充電狀態確定開路電壓數
據；
對於基於實驗室的插電充電事件的持續時間，計算過電位值，作為端電壓數據和開路電壓數據之間的差值；
對於基於實驗室的插電充電事件的至少一個時間點，計算預定電池組電阻，其中所述電阻等於時間點的過電位值除以時間點的充電電流；以及
對於溫度和充電電流的範圍，重複基於實驗室的插電充電事件。
[0010]4.根據方案I所述的方法，其特徵在於，在兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值包括對於兩個時間點的至少一個，在電池組已經擱置了預定時間段之後，使開路電壓值等於測量的端電壓。
[0011]5.根據方案I所述的方法，其特徵在於，由開路電壓值確定充電狀態值包括使用磷酸鐵鋰電池組的預定充電狀態與開路電壓曲線。
[0012]6.根據方案5所述的方法，其特徵在於，兩個時間點對應於充電狀態與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大於預定閾值的斜率。
[0013]7.根據方案I所述的方法，其特徵在於，使用充電狀態值和充電電流數據計算電池組的充電容量包括使用等式:
【權利要求】
1.一種使用來自插電充電事件的數據估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的方法，所述方法包括: 啟動電池組的插電充電事件並且在充電事件期間記錄端電壓數據和充電電流數據； 完成插電充電事件並且存儲端電壓數據和充電電流數據； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態值；以及 使用充電狀態值和充電電流數據計算電池組的充電容量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值包括對於兩個時間點的至少一個，通過在時間點處取得端電壓並且減去時間點處的充電電流與預定電池組電阻的乘積計算開路電壓。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，預定電池組電阻由一種方法確定，所述方法包括: 在電池組上執行基於實驗室的插電充電事件並且在基於實驗室的插電充電事件期間記錄端電壓數據和充電電流數據； 對於基於實驗室的插電充電事件的持續時間，由端電壓數據和充電電流數據確定電池組的充電狀態； 對於基於實驗室的插電充電事件的持續時間，由電池組的充電狀態確定開路電壓數據； 對於基於實驗室的插電充`電`事件的持續時間，計算過電位值，作為端電壓數據和開路電壓數據之間的差值； 對於基於實驗室的插電充電事件的至少一個時間點，計算預定電池組電阻，其中所述電阻等於時間點的過電位值除以時間點的充電電流；以及 對於溫度和充電電流的範圍，重複基於實驗室的插電充電事件。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值包括對於兩個時間點的至少一個，在電池組已經擱置了預定時間段之後，使開路電壓值等於測量的端電壓。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，由開路電壓值確定充電狀態值包括使用磷酸鐵鋰電池組的預定充電狀態與開路電壓曲線。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，兩個時間點對應於充電狀態與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大於預定閾值的斜率。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，使用充電狀態值和充電電流數據計算電池組的充電容量包括使用等式:
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，磷酸鐵鋰電池組在電動車輛中使用。
9.一種使用來自插電充電事件的數據估計具有磷酸鐵鋰電池組的電動車輛的駕駛裡程的方法，所述方法包括: 啟動電池組的插電充電事件並且在充電事件期間記錄端電壓數據和充電電流數據； 完成插電充電事件並且存儲端電壓數據和充電電流數據； 在來自插電充電事件的兩個時間點處由端電壓數據確定開路電壓值，其中兩個時間點對應於磷酸鐵鋰電池組的充電狀態與開路電壓曲線上的位置，其中所述曲線具有大於預定閾值的斜率； 使用充電狀態與開路電壓曲線，在來自插電充電事件的兩個時間點處由開路電壓值確定充電狀態值； 使用充電狀態值和充電電流數據計算電池組容量；以及 使用電池組容量和充電狀態值以提供估計的駕駛裡程值給駕駛員。
10.一種使用來自 插電充電事件的數據估計磷酸鐵鋰電池組的充電容量的系統，所述系統包括: 電壓表，其用於記錄在充電事件之前、期間和之後的電池組端電壓數據； 電流表，其用於記錄在充電事件期間的電池組充電電流數據；以及 控制器，其與電壓表和電流表連通，所述控制器配置成控制到電池組的充電電流，所述控制器還配置成基於充電事件的兩個時間點處的電池組的充電狀態值和兩個時間點之間的累積充電電流估計電池組的充電容量。
【文檔編號】G01R31/36GK103869252SQ201310672515
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2012年12月12日
【發明者】C.W.莫索, M.瓦爾斯特倫, Z.D.拜爾斯馬 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司