[发明专利]一种锂离子电池剩余可用能量的估计方法

说明书

技术领域

本发明属于电池管理与电池状态估计领域，具体涉及一种锂离子电池剩余可用能量的估计方法。

背景技术

目前全球石油资源日益枯竭，温室效应等环境问题愈加严峻，使得燃油价格日趋升高，排放法规越来越严苛。与传统燃油汽车相比，电动汽车在行驶经济性和环境友好程度上有很大优势，有很好的发展前景。但电动汽车的续驶里程较短，在日常使用中较不方便。电动汽车的续驶里程取决于动力电池的剩余可用能量和整车的能量消耗。其中动力电池的剩余可用能量涉及电池的数据采集、参数辨识和状态估计，需要着重研究。

某时刻动力电池的剩余可用能量是指在某一电流工况下，从这一时刻开始直到电池端电压达到电池放电截止电压的过程中，电池输出端放出的总能量。电池剩余可用能量的影响因素很多，如当前电池的荷电状态（SOC）、电池温度、电池放电电压、电池容量和内阻等等，这些因素都会对电池能给整车提供的能量产生影响，进而影响电动汽车的续驶里程。

目前已有一些电动汽车动力电池剩余可用能量的计算方法，但这些方法对电池剩余可用能量的计算较为简单，实车工况使用时会造成较大的估计误差。具体来说，电池剩余可用能量计算中，以往方法多采用电池荷电状态（SOC）、电池标称容量与当前端电压直接相乘的方式，较少考虑电池温度、未来放电电流、未来放电过程中的电池温升、未来放电过程中的电压变化、电池内阻等因素，因此会影响电池剩余可用能量的估计精度。

相对于传统的铅酸电池和镍氢电池，锂离子电池具有能量密度较大、寿命较长的特点，因此在电动汽车上得到广泛应用。在估计锂离子电池的剩余可用能量时，要考虑锂离子电池自身的一些特点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种精度较高的锂离子电池剩余可用能量的估计方法。

根据本发明实施例的锂离子电池剩余可用能量的估计方法，包括以下步骤：S1.从电池说明书中获得标准温度、标准放电电流和电池内阻，基于电池台架测试数据，获得电池标称容量，绘制温度-电流-SOC三维曲面；S2.根据电池当前温度、电池当前SOC、所述电池标称容量、所述电池内阻、电池未来电流以及所述温度-电流-SOC三维曲面，估计电池在所述电池未来电流下的剩余可用容量；S3.根据所述剩余可用容量、所述电池当前端电压、所述电池内阻和所述电池未来电流，计算电池剩余可用能量。

在本发明的一个实施例中，所述获得电池标称容量的方法为：根据电池使用说明书，测量电池在标准温度、标准放电电流下，从满电状态开始直到电池端电压达到放电截止电压时电池放出的容量，记为标称容量C_{batt_nom}。

在本发明的一个实施例中，所述绘制温度-电流-SOC三维曲面的方法为：首先进行电池台架进行测试，测量电池在不同温度、不同放电电流下，从满电状态开始直到电池端电压达到放电截止电压时电池放出的容量，记为在T，I条件下的电池容量C_{batt_T_I}；然后根据电池标称容量C_{batt_nom}和电池条件容量C_{batt_T_I}，计算电池在T，I条件下的电池的放电截止SOC，记为SOC_{cutoff_T_I}，计算公式为SOC_{cutoff_T_I}=1-C_{batt_T_I}/C_{batt_nom}；最后绘制温度-电流-SOC三维曲面。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：S21.根据电池当前温度、电池当前SOC、电池内阻和电池未来电流，利用锂离子电池电-热耦合模型计算电池在未来放电过程中的温度变化过程T_{batt_fut}和SOC变化过程SOC_fut，并将该电池状态变化过程表示在温度-电流-SOC三维坐标上，表现为一条温度-电流-SOC曲线；S22.所述温度-电流-SOC曲线与所述温度-电流-SOC三维曲面相交于一点，认为该点对应的SOC为电池放电截止的真实SOC，记为SOC_{cutoff_real}；S23.根据所述真实SOC，计算所述剩余可用容量C_{batt_usable}，计算公式为C_{batt_usable}=C_{batt_nom}*（1-SOC_{cutoff_real}）。