汽車動(dòng)力電池sof的監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽車電池領(lǐng)域，具體設(shè)及汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為應(yīng)對(duì)汽車工業(yè)迅猛發(fā)展帶來的環(huán)境污染、石油資源急劇消耗等影響，各 國(guó)都在積極開展研究新能源汽車研究。汽車動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核屯、零部件，對(duì)整車 的續(xù)駛里程、使用壽命、安全性能等有著直接的影響。表征汽車動(dòng)力電池性能的主要有W下 參數(shù)：
[0003] S0H:電池的健康度（Stateof化alth)，是指在一定條件下，電池所能充入或者放 出容量與標(biāo)稱容量的百分比；
[0004] S0C:電池的荷電狀態(tài)（Stateof化arge)，反映電池的剩余容量狀況；
[0005]S0F:電池的功能狀態(tài)（Stateof化nction)，即指在任何給定的充放電條件下，可W預(yù)測(cè)出的電池的充放電電流極限值、電壓極限值及功率極限值；
[0006] B0L:(BeginofLife)，即剛出廠時(shí)，電池的初始狀態(tài)；
[0007]E0L:巧ndofLife)，全壽命周期內(nèi)，電池的當(dāng)前狀態(tài)；
[0008] 其中，電池的S0F的監(jiān)測(cè)直接影響著整車動(dòng)力性的S指標(biāo)：最高車速、加速時(shí)間及 最大爬坡度。因此，需要找到一種適用于新能源汽車電池組功能狀態(tài)檢測(cè)的方法，在滿足整 車動(dòng)力性的基礎(chǔ)上，保障電池組穩(wěn)定可靠的工作。
[0009] 電池的S0F功能監(jiān)測(cè)與電池S0C狀態(tài)、電池單體允許的工作溫度范圍、單體電壓工 作范圍、單體內(nèi)阻變化、充放電電流及電池組的S0H相關(guān)。
[0010] 現(xiàn)有的汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法主要為直接查表法：通過臺(tái)架試驗(yàn)，采用恒 功率測(cè)試法、混合脈沖功率法和工況法準(zhǔn)確測(cè)試電池的充放電功率，形成一系列不同S0C、 T(溫度）下的對(duì)應(yīng)的B化充放電功率數(shù)據(jù)矩陣表，此法是一種靜態(tài)監(jiān)測(cè)法。在整車行駛過 程中，整車控制器會(huì)根據(jù)當(dāng)前電池狀態(tài)信息查表計(jì)算電池最大允許的充放電功率和電流。 此方法可計(jì)算出整車電池的功率特性，但不可預(yù)測(cè)未來時(shí)間內(nèi)的電池功率輸出性能。依靠 經(jīng)驗(yàn)查表所得的S0F數(shù)據(jù)，只反映出電池B化狀態(tài)下的S0F性能，并未考慮到電池使用一段 時(shí)間后的性能衰減導(dǎo)致功率損失，且依靠經(jīng)驗(yàn)查表，無法實(shí)現(xiàn)整車實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)電池功能狀態(tài)， 無法準(zhǔn)確反映電池的最大功率輸入/輸出性能，從而影響整車的動(dòng)力性，甚至?xí)?dǎo)致車輛 拋錯(cuò)。動(dòng)態(tài)極限監(jiān)測(cè)是基于整車在不同使用工況條件下的一種電池模型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電池模 型根據(jù)輸入條件的計(jì)算，插入和轉(zhuǎn)換成電流極限值，在監(jiān)測(cè)充放電電流極限值時(shí)，應(yīng)考慮電 池工作電壓極限值和功率損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法，即在不損 害動(dòng)力電池總成的前提下，在任意時(shí)刻均可監(jiān)測(cè)出汽車動(dòng)力電池的允許的充放電極限電 流，并且該監(jiān)測(cè)到的充放電極限電流更加接近電池的實(shí)際性能。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：
[0013] 一種汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法，包括：
[0014] 基于汽車動(dòng)力電池的歐姆極化、電化學(xué)極化、擴(kuò)散極化的動(dòng)態(tài)特征建立電池模 型；
[0015] 基于所述電池模型監(jiān)測(cè)所述汽車動(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)極限電流和靜態(tài)極限電流；
[0016] 取所述動(dòng)態(tài)極限電流與所述靜態(tài)極限電流的最小值作為電池充放電極限電流。
[0017] 優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)所述汽車動(dòng)力電池的所述動(dòng)態(tài)極限電流的過程包括：
[0018] 電池管理系統(tǒng)將一列不同時(shí)刻的離散的電流矩陣輸入電池模型，獲得一列相應(yīng)的 電壓矩陣輸出；
[0019] 根據(jù)所述電流矩陣、所述電壓矩陣動(dòng)態(tài)調(diào)整用于計(jì)算充放電預(yù)測(cè)電壓的電壓-電 流線性關(guān)系式中的參數(shù)；
[0020] 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述充放電預(yù)測(cè)電壓，并結(jié)合不同S0C下對(duì)應(yīng)的開路電壓獲得電池模型 過電壓；
[0021] 通過預(yù)存的充放電臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得實(shí)時(shí)的電池過電壓；
[0022] 根據(jù)所述電池過電壓、所述充放電預(yù)測(cè)電壓、不同S0C下對(duì)應(yīng)的開路電壓獲得實(shí) 時(shí)的電池內(nèi)阻變化率；
[0023] 將所述電池模型過電壓、所述充放電預(yù)測(cè)電壓和所述電池內(nèi)阻變化率輸入所述電 池模型，獲得動(dòng)態(tài)極限電流。
[0024] 優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)所述汽車動(dòng)力電池的所述動(dòng)態(tài)極限電流的過程包括：
[0025] 利用所述電池內(nèi)阻變化率將充放電臺(tái)架試驗(yàn)獲得的電池B化的充放電功率轉(zhuǎn)化 為電池E化充放電功率； 陽0%] 根據(jù)電池E化充放電功率及充放電極限電壓，獲得靜態(tài)極限電流。
[0027] 優(yōu)選地，所述電流矩陣被所述電池管理系統(tǒng)按照如下關(guān)系式處理從而得到所述電 壓矩陣：
[0028] U = 0CV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。，
[0029] 其中，U代表對(duì)應(yīng)所述電流矩陣中的某一時(shí)刻的電流的電壓，OCV代表對(duì)應(yīng)不同 S0C的開路電壓，I代表所述電流矩陣中的電流，Rac代表所述電池模型的交流阻抗，Rct代表 所述電池模型的電荷轉(zhuǎn)移電阻，R?、R?2代表所述電池模型的韋伯阻抗，t為所述電流矩陣 中對(duì)應(yīng)某一電流的某一時(shí)刻，tao為修正參數(shù)。
[0030] 優(yōu)選地，所述交流阻抗包括電池內(nèi)的單體電池本身阻抗和單體電池之間的連接件 的阻抗。 陽〇3U 優(yōu)選地，所述電池管理系統(tǒng)對(duì)所述電池過電壓、所述充放電預(yù)測(cè)電壓、不同S0C下 對(duì)應(yīng)的開路電壓進(jìn)行如下關(guān)系式的處理從而獲得電池內(nèi)阻變化率：
[0032] IV0CV=UiX(1+dR)+off;
[0033] Ui=Uk-OCV；
[0034] 其中，U。代表充放電臺(tái)架試驗(yàn)中的電池過電壓，U1代表所述電池模型過電壓，dR代 表所述電池內(nèi)阻變化率，off為補(bǔ)償值，Uk代表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的充放電預(yù)測(cè)電壓。
[0035] 優(yōu)選地，所述電池B化的充放電功率是在不同溫度、不同S0C下測(cè)得的。
[0036] 優(yōu)選地，所述充放電極限電壓根據(jù)不同溫度設(shè)定。
[0037] 優(yōu)選地，在電池單體電壓無異常且功率損失正常的條件下，對(duì)所述動(dòng)態(tài)極限電流 進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)。
[0038] 本發(fā)明的實(shí)施例采用的是動(dòng)態(tài)極限電流監(jiān)測(cè)與靜態(tài)極限電流監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式， 基于一種電池模型，同時(shí)在動(dòng)態(tài)極限電流計(jì)算、靜態(tài)極限電流計(jì)算過程中能夠?qū)崟r(shí)地將不 同時(shí)刻的不同的電池內(nèi)阻變化率引入計(jì)算，即在監(jiān)測(cè)過程中充分考慮了電池內(nèi)阻變化，從 而使得監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確。
[0039] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例充分考慮電池S0C狀態(tài)、溫度、單體電壓、單體內(nèi)阻變 化、S0H及功率損失等影響因素，實(shí)時(shí)預(yù)估電池的S0F功能。
【附圖說明】
[0040] 接下來將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中：
[0041] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法的原理圖；
[0042] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的電池模型圖；
[0043] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)態(tài)極限監(jiān)測(cè)與靜態(tài)極限監(jiān)測(cè)輸入示意圖；
[0044] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例的電流矩陣一電壓矩陣的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；
[0045]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電池電壓曲線圖；。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 電池的S0F監(jiān)測(cè)值包括W下內(nèi)容：實(shí)際和預(yù)測(cè)的充放電電流極限值、實(shí)際和預(yù)測(cè) 的充放電電壓極限值、S0C低端和高端極限值。一般汽車動(dòng)力電池的充電電壓極限值、放電 電壓極限值為設(shè)定值，例如充電電壓極限值設(shè)定為4. 2V，在0°CW上時(shí)放電電壓極限值設(shè) 定為3. 0V，0°CW下時(shí)放電電壓極限值設(shè)定為2. 8V;S0C低端和高端極限值為電池S0C的工 作窗口，其值為一個(gè)修正參數(shù)，例如30% -70% ;因此本發(fā)明的實(shí)施例中S0F的監(jiān)測(cè)主要是 實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)電池充放電電流極限值。
[0047] 參考圖1，本實(shí)施例的汽車動(dòng)力電池S0F的監(jiān)測(cè)方法的基本思路在于，基于所建立 的電池模型，將動(dòng)態(tài)極限監(jiān)測(cè)方法與靜態(tài)極限監(jiān)測(cè)方法相結(jié)合，分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)極限監(jiān)測(cè)、靜 態(tài)極限監(jiān)測(cè)后，取動(dòng)態(tài)極限監(jiān)測(cè)的極限電流值和靜態(tài)極限監(jiān)測(cè)的極限電流值的最小值作為 汽車動(dòng)力電池充放電極限電流。
[0048] 參考圖2,本實(shí)施例中的電池模型與電池在充放電過程中電池材料發(fā)生的電化學(xué) 反應(yīng)密切相關(guān)，反應(yīng)了電池電化學(xué)反應(yīng)的電化學(xué)特征：歐姆極化、電化學(xué)極化、擴(kuò)散極化。電 池模型可反映四個(gè)不同化學(xué)動(dòng)態(tài)特征，分別為歐姆阻抗（一定S0C下內(nèi)阻值），一個(gè)與電 荷轉(zhuǎn)移電流相關(guān)的狀態(tài)、兩個(gè)與極限擴(kuò)散電流相關(guān)的狀態(tài)。四個(gè)動(dòng)態(tài)特征分別由AC阻抗 (Rac)、電荷轉(zhuǎn)移電阻化T)、韋伯阻抗（Rwb郝Rwb2)來表征。運(yùn)四個(gè)阻抗值與電池的S〇C、T(溫 度）、I(電流）相關(guān)。該電池模型是基于單體電池測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和標(biāo)定，AC阻抗（交 流阻抗）值包括單體電池本身阻抗和單體與單體間的連接件阻抗值。通過此電池模型，可 擬合一個(gè)電壓與電流、時(shí)間的關(guān)系式：
[0049] Ui= 0CY+I X R AC+I X RctG t/tao+i X Ve t/tao+i X R^e t/tao+dRX I............山， 陽0加]U = OCV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。...............巧]，
[0051] 其中，Ui為電池模型過電壓；u代表對(duì)應(yīng)一個(gè)電流矩陣中的某一時(shí)刻的電流的電 壓，運(yùn)一點(diǎn)將在接下來進(jìn)行詳細(xì)描述；ocv代表對(duì)應(yīng)不同SOC的開路電壓；I代表電流矩陣 中的電流；Ra。代表電池模型的交流阻抗；Rct代表電池模型的電荷轉(zhuǎn)移電阻；R?1、R?2代表電 池模型的韋伯阻抗；t為電流矩陣中對(duì)應(yīng)某一電流的某一時(shí)刻；tao為修正參數(shù)。
[0052] 表1示例性地示出了一組汽車動(dòng)力電池在充放電臺(tái)架試驗(yàn)中獲得的對(duì)應(yīng)不同S0C 值的0CV。
[0053]表1
[0054]
[0055] 例如，在表1中，能夠查詢到對(duì)應(yīng)S0C為40%時(shí)放電0CV為232. 77V。
[0056] 由計(jì)算式山和計(jì)算式凹可得：
[0057]I=扣i_U]/dR.....