本發(fā)明涉及一種電動汽車鋰電池剩余電荷估算領(lǐng)域，特別是一種電動汽車鋰電池剩余電荷估算方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著電動汽車越來越多的普及，對動力電池的剩余電荷預估(soc)的估算方法的研究也越來越深入。目前存在的主要預估方法有開路電壓法、安時積分法、卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡法，其中開路電壓法對于剩余電荷的預估精度相對最準確，由于電池的開路電壓uocv是電池電解液濃度的函數(shù)，在數(shù)值上與電池兩端的電動勢成一定比例關(guān)系，可以通過開路電壓對鋰電池的剩余電荷進行預估，但是開路電壓法缺點也較明顯，就是該方法需要對電池靜置時間較長，不能實現(xiàn)剩余電荷的實時預估。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的就是提供一種電動汽車鋰電池剩余電荷估算方法，能夠解決開路電壓法估算鋰電池剩余電荷方法的缺點，通過建立一種等效電路模型，實時估算開路電壓的方法，實現(xiàn)了電動汽車鋰電池剩余電荷實時估算的方法。

本發(fā)明的該目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，具體步驟如下：

確定待測鋰電池及其開路電壓uocv與剩余電荷soc的曲線uocv-soc；

根據(jù)所述待測鋰電池的屬性信息確定所述待測鋰電池的開路電壓uocv計算公式，所述屬性信息包括有鋰電池型號、充放電電流i、輸出電壓uo、電阻以及電容；

將測量得到的充放電電流i和輸出電壓uo輸入至所述開路電壓uocv計算公式中，得到當前鋰電池的開路電壓uocv值；

根據(jù)所述開路電壓uocv值以及預先確定的uocv-soc曲線，確定當前鋰電池的剩余電荷soc值。

進一步：所述根據(jù)所述待測鋰電池的屬性信息確定所述待測鋰電池的開路電壓uocv計算公式，包括：

根據(jù)所述待測鋰電池的屬性信息確定所述待測鋰電池的等效電路模型；

根據(jù)所述待測鋰電池的等效電路模型計算所述待測鋰電池的開路電壓uocv計算公式。

進一步：所述等效電路模型為三階rc等效電路模型，其中開路電壓uocv正極連接第一電容c1與第一電阻r1的并聯(lián)電路，負極連接輸出電壓uo；c1與r1的并聯(lián)電路另一端連接第二電容c2與第二電阻r2的并聯(lián)電路；c2與r2的并聯(lián)電路另一端連接第三電容c3與第三電阻r3的并聯(lián)電路；c3與r3的并聯(lián)電路另一端連接第四電阻r0；電阻r0另一端連接輸出電壓uo。

進一步：所述輸出電壓uo的計算公式為：

此公式中uo、uocv為已知量，e為自然底數(shù)，r0、r1、r2、r3、c1、c2、c3為未知量；通過對等效電路模型參數(shù)辨識輸入基于時間t的電流變量i，測量對應的實驗數(shù)據(jù)uo值和uocv值。

進一步：所述等效電路的參數(shù)辨識采用脈沖放電法，使用脈沖放電法測量電池的動態(tài)放電波形，脈沖放電法測試方法步驟如下：

6-1)確定脈沖電流，低電流水平脈沖25％imax和高電流水平脈沖75％imax，imax為10s脈沖放電時廠商允許的最大電流，其中反饋電流為放電電流的3/4；

6-2)對電池或者模組進行一次靜態(tài)容量的標定，得到容量c；

6-3)將電池以1c率恒流恒壓充電至滿電狀態(tài)，并擱置1h以達到動力學平衡；

6-4)進行一次10％剩余電荷的容量移除；

6-5)按脈沖放電電壓曲線圖中的電流脈沖進行一次10s放電和10s反饋，隨后再進行一次10％剩余電荷容量移除(脈沖+1c合計10％)；

6-6)重復步驟6-5)，直至90％放電深度，隨后1c放電至截止電壓；

并將得到的數(shù)據(jù)導入matlab軟件中采用非線性曲線擬合的方法進行參數(shù)辨識。

進一步：所述開路電壓的計算公式為：

此時輸出電壓uo和充放電電流i都是輸入量，r0、r1、r2、r3、c1、c2、c3均為參數(shù)辨識的已知量；通過測量鋰電池實時充放電的電流i和輸出電壓uo，可實時計算得到開路電壓uocv的值。

進一步：所述確定當前鋰電池的剩余電荷soc值，包括：通過溫度傳感器對當前電池溫度進行測量，得到當前溫度值，找到相應溫度下對應的uocv-soc曲線，對照該曲線得到開路電壓uocv的實時計算結(jié)果對應的剩余電荷soc值。

進一步：所述鋰電池的自放電因子為鋰電池內(nèi)部正負極間的自放電，所述方法還包括：對所述鋰電池的開路電壓uocv與剩余電荷soc的曲線進行修正；修正方法具體如下：

確定當前計算周期所述曲線中當前溫度下uocv對應的剩余電荷值soc(t0)；

利用如下公式修正所述剩余電荷值：soc(t)＝soc(t0)-k1t，其中，soc(t)為最終要得到的當前計算周期的剩余電荷值，k1為固定自放電因子的系數(shù)，t為計算周期；

根據(jù)修正后的剩余電荷值修正所述曲線中所述溫度下uocv對應的剩余電荷值。

進一步：所述方法還包括：在所述電動汽車停止運行達到預設時間后，所述輸出電壓uo等于開路電壓uocv，根據(jù)輸出電壓uo和當前溫度根據(jù)所述曲線確定當前剩余電荷值，將所述剩余電荷值作為下次電動汽車運行時的soc(t0)。

本發(fā)明的另一個目的就是提供一種電動汽車鋰電池剩余電荷估算裝置，能夠解決開路電壓法估算鋰電池剩余電荷方法的缺點，通過建立一種等效電路模型，實時估算開路電壓的方法，實現(xiàn)了電動汽車鋰電池剩余電荷實時估算的方法。

本發(fā)明的該目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，該裝置包括有：

鋰電池確定模塊，用于確定待測鋰電池及其開路電壓uocv與剩余電荷soc的曲線uocv-soc；

開路電壓計算模塊，用于根據(jù)所述待測鋰電池的屬性信息確定所述待測鋰電池的開路電壓uocv計算公式，將測量得到的充放電電流i和輸出電壓uo輸入至開路電壓uocv計算公式，得到當前鋰電池的開路電壓uocv值；

剩余電荷確定模塊，用于根據(jù)計算得到的開路電壓uocv值以及所述uocv-soc曲線得到當前測試溫度的剩余電荷soc值。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

1、解決了開路電壓法估算鋰電池剩余電荷方法的缺點，能實現(xiàn)剩余電荷的實時預估；

2、建立了一種等效電路模型，實時估算開路電壓的方法；

3、實現(xiàn)了電動汽車鋰電池剩余電荷實時估算的方法；

4、能實時測定鋰電池在不同溫度環(huán)境下的剩余電荷值。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下。

圖1為本發(fā)明的工作流程圖；

圖2為本發(fā)明的鋰電池不同溫度環(huán)境下的uocv-soc曲線；

圖3為本發(fā)明的鋰電池三階rc等效電路模型；

圖4為脈沖放電電壓曲線圖；

圖5為三階rc等效電路模型matlab擬合曲線；

圖中：uocv為開路電壓、c1為第一電容、r1為第一電阻、c2為第二電容、r2為第二電阻、c3為第三電容、r3為第三電阻、r0為第四電阻、uo為輸出電壓。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例：選定itr-tnl-18650-2200電池，在各溫度環(huán)境下測定鋰電池uocv-soc曲線，如圖2所示。實驗溫度為23度環(huán)境，建立鋰電池三階rc等效電路模型，如圖3所示；根據(jù)等效電路分析得到uo的輸出公式為：

采用脈沖放電法(hppc)對等效電路模型進行參數(shù)辨識，脈沖放電法測試方法及步驟如下：

(1)確定脈沖電流，低電流水平脈沖25％imax和高電流水平脈沖75imax，imax為10s脈沖放電時廠商允許的最大電流，其中反饋電流為放電電流的3/4；

(2)對電池或者模組進行一次靜態(tài)容量的標定，得到容量c；

(3)將電池以1c率恒流恒壓充電至滿電狀態(tài)，并擱置1h以達到動力學平衡；

(4)進行一次10％剩余電荷的容量移除；

(5)按圖3的電流脈沖進行一次10s放電和10s反饋，隨后再進行一次10％剩余電荷的容量移除(脈沖+1c合計10％)；

(6)重復(5)步驟，直至90％的放電深度，隨后1c放電至截止電壓。

脈沖放電法測量后進行參數(shù)辨識，方法如下：

圖4為hppc測試的放電波形實例，由a到b的過程是由于電流突變在電池歐姆內(nèi)阻r0兩端產(chǎn)生壓降導致，此時的可視為零狀態(tài)響應，c1、c2、c3兩端電壓均為0，則r0可由式1求得串聯(lián)歐姆內(nèi)阻為0.0082ω。

在圖4所示的c點為電池放電結(jié)束瞬間，c點至d點同樣是由于電流突然消失，電池的歐姆內(nèi)阻兩端電壓突變過程，為了得到三階rc電路的參數(shù)，我們需要分析d點到e點的電壓回彈曲線過程，此時由于沒有外部電流，可以看做零輸入響應，此時的電池兩端電壓uo的表達式可以表示為式(2)。

其中u1為放電結(jié)束瞬間c1兩端的初始電壓，u2為放電結(jié)束瞬間c2兩端的初始電壓，u3為放電結(jié)束瞬間c3兩端的初始電壓。uocv電壓在每次測試時可設為常量，該值可通過電池廠家提供的uocv-soc曲線得到。

根據(jù)uocv-soc曲線查得測試時uocv＝3.9232，計算中可視為常量，在matlab中使用非線性曲線擬合中的指數(shù)函數(shù)，將實測數(shù)據(jù)輸入matlab可得到式(2)中的參數(shù)。

擬合曲線如下圖5所示，得到相關(guān)系數(shù)為u1＝0.0063v，u2＝0.0269v，u2＝0.0229v，r1c1＝2.3480，r2c2＝135.1351，r3c3＝26.7380。

圖4中的b點到c點過程為c1、c2、c3電容充電過程，此時電池的端電壓方程又可以表示為：

將之前求得的r1c1，r2c2，r3c3帶入到式(3)中，再將三個以上b點到c點的測量值帶入到等式中可分別求得r1＝0.0004、c1＝5870、r2＝0.0113、c2＝11959、r3＝0.0095、c3＝2815。

根據(jù)uocv計算公式：

由于r0、r1、r2、r3、c1、c2、c3已知，可根據(jù)實測的輸入電流i和電池輸出電壓uo得到電池的開路電壓uocv為跟時間有關(guān)系的量，例如當前時間計算得到uocv的值為3.8923，當前溫度為23℃，根據(jù)附圖圖2中的uocv-soc圖中的曲線，23℃接近25℃的曲線，可按照25℃的曲線進行剩余電荷查詢(注：此處作為范例只提供了幾種典型溫度曲線，采用近似溫度曲線的方法進行近似，可通過測定更加細度的電池各溫度下的uocv-soc曲線的方法來提高溫度曲線的準確度)，查詢到當前剩余電荷的值為76.521％；

對當前剩余電荷值進行自放電因子修正按照如下公式進行：

soc(t)＝soc(t0)k1t

其中soc(t0)為上次完成所有步驟后最終的剩余電荷值，k1t為自放電因子系數(shù)與當前運行時間的乘積；

如該電池在標準環(huán)境下2年內(nèi)會由滿電狀態(tài)放電至截止電壓，則k1為每秒鐘自放電的剩余電荷量：

如果當前運行時間為2h，則：

則修正后的當前剩余電荷為76.5096％，此值為實時預估的當前剩余電荷值。

最后，當電動汽車持續(xù)停止運行2小時后(電流i為0)，此時默認為輸出電壓uo等于開路電壓uocv，等效電路中的電容中不再存有電荷，通過測得的uo和當前溫度再次按照附圖2中查線得到的剩余電荷值作為停車修正值，作為下次電動汽車運行時的soc(t0)。

依次按照上述方法可持續(xù)實時預估得到電動汽車鋰電池的剩余電荷值。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。