[发明专利]锂离子电池组单体容量及健康状态在线测量系统及方法

说明书

本发明公开锂离子电池管理系统及电池电芯单体容量及健康状态在线测量方法，由主控单元和电芯传感监控单元以及电流传感器组成；采用高低压分离设计，电芯传感监控单元用于监控测量电池电芯单体的电压；电流传感器用于测量电路主回路的母线电流；主控单元则用于控制锂离子动力电池组的工作模式，数据的处理与储存，以及电池单体电芯容量的在线测量，并在此基础上，进行电池电芯单体健康状态的在线诊断监测，为电池电芯的更换提供可靠的参考，能够更有效的监控锂离子动力电池组的性能和状态，为电池其他内部状态参数的计算提供重要基础，为汽车整车的策略提供重要的信息，保证车辆和驾乘人员的安全。

技术领域

本发明涉及电池参数的测量，具体涉及锂离子电池管理系统及电芯单体容量在线测量及健康状态判断方法。

背景技术

目前在新能源汽车上已经开始大规模使用锂离子动力电池。由于锂离子电池单体电芯的电压、功率、容量和能量等指标不可能达到实际应用需求，必须采用成组技术，将多节电池串联使用，以实现锂离子动力电池组乃至新能源汽车整车的性能指标。

容量是锂离子电池最重要的参数之一。容量是指电芯可对外放出的电荷总量。

容量是锂离子电池荷电状态State of Charge(SOC)的定义基础。SOC一般定义为当前可用容量占总容量的百分比。可见，没有容量这一参数SOC无法计算。

容量是锂离子电池组健康状态State of Health(SOH)的判断依据。目前常用的SOH计算方法为当前容量与初始容量的比较。SOH可作为电芯是否达到使用寿命的衡量标准。当 SOH低于80％时，容量已经出现了较为显著的下降，而电芯内阻往往已经很大，功率性能 State of Power(SOP)等其他性能也无法满足应用需要。因此，当电芯SOH低于80％时，通常认为其已老化，达到使用寿命，需要进行更换。

同时，容量、SOC、SOH是锂离子电池其他内部重要状态量如SOP，续驶里程等等的计算方法的重要参考量。

电芯厂商在电芯出厂时都会提供电芯的初始容量。然而随着新能源汽车的使用，电芯不断的进行充放电循环过程，容量会不可避免的出现衰减等变化。另一方面，由于电芯在材料和生产过程中的细微差别，以及在电池包中的不同位置和使用过程不一致等因素，可能造成电芯单体电芯容量之间出现较明显的区别。

如果不对初始容量进行调整，一方面，会造成SOC，SOH乃至以此为重要参考量的SOP，续驶里程等状态量出现偏差，严重影响用户使用感受。另一方面，极易产生对于电池充入过量的电能，短时放出过量的电能，或者深度放电等现象，会进一步加剧电芯容量的衰减以及电池寿命的缩短，甚至造成严重的电芯内部发热，乃至热失控，爆炸起火等影响车辆和乘客安全的严重后果。

常见的锂离子电池容量测试方法为，GB/T 31484-2015中规定的方法。具体解释如下：

容量测试方法:

a)以1I1(A)放电至企业规定的放电终止条件；

b)搁置不低于30min或企业规定的搁置时间(不高于1h)

c)以I1(A)电流恒流充电至企业规定的充电终止电压时转恒压充电，至充电终止电流降至 0.05I1(A)时停止充电，充电后搁置1h(或企业规定的不高于1h的搁置时间)

d)搁置不低于30min或企业规定的搁置时间(不高于1h)；

e)以1I1(A)放电至企业规定的放电终止条件；

f)计算步骤e)放电容量

这种工况在实际使用过程中极难实现。车辆行驶过程中一般伴随着较为频繁的充放电过程，并且为保证电池寿命，在实际使用充放电过程中，对于电池的容量一般需要留有一定的余量，基本不可能出现从放电终止条件到达充电终止条件再放电至放电终止条件的情况。