專利名稱：一種自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新型混合動力汽車的動力電池管理系統(tǒng)，特別是指一種自適應修正的 鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法。
背景技術：
車用動力電池是影響電動汽車發(fā)展的關鍵因素。隨著鋰離子電池技術的飛速發(fā) 展，目前已有越來越多的鋰離子電池應用于電動汽車(主要分為混合動力汽車，燃料電池 汽車，純電動汽車)中。因此，隨著電池及其集成技術的不斷發(fā)展，如何用好電池已成為一 項關鍵技術。其核心之一是準確監(jiān)控電池的荷電狀態(tài)(State ofCharge，S0C)，避免電池過 充和過放。這也是現(xiàn)在電池管理系統(tǒng)乃至電動汽車研究的難點和熱點問題之一?；旌蟿恿?汽車本質上是一種多能源系統(tǒng)，如何協(xié)調(diào)各個電源系統(tǒng)的工作，是混合動力汽車研發(fā)上一 個關鍵問題。從電池的角度來說，過度的充電和過度的放電都會對電池的壽命造成影響。因 此，監(jiān)控好電池荷電狀態(tài)，并將電池的荷電狀態(tài)控制在一定范圍內(nèi)是必要的?，F(xiàn)在常用的電池荷電狀態(tài)的測算方法主要有安時積分法，開路電壓法，神經(jīng)網(wǎng)絡 法，電化學阻抗普法和卡爾曼濾波法等。安時積分法是目前最常用的電池荷電狀態(tài)的估計 方法。但是需要使用高性能電流傳感器，以避免電流測量誤差帶來的累積誤差，還需對電池 荷電狀態(tài)初始值有精確估計。因此，單一的安時積分法不適用于行駛工況多變，動力電池充 放電頻繁，且不易精確估計荷電狀態(tài)初始值的混合動力電動車上。用開路電壓法測電池荷 電狀態(tài)需要電池長時間的靜置，而且如果電池的開路電壓對于荷電狀態(tài)的特性曲線比較平 坦的時候(現(xiàn)在應用于燃料電池城市客車上的某鋰離子動力電池的特性就是如此)，很難 用開路電壓對于荷電狀態(tài)的關系曲線得出較準確的動力電池荷電狀態(tài)。因此，單一的開路 電壓法也不適用于行駛工況多變的混合動力電動車上。如用神經(jīng)網(wǎng)絡法，電化學阻抗普法 和卡爾曼濾波法等方法，則需要在離線或在線狀態(tài)下進行電池數(shù)據(jù)分析與建模，方法較為 復雜，不但不易實現(xiàn)和應用，且同樣不適用于動力電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在實際工程應用上易于實現(xiàn)和掌 握的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其可以滿足混合動力電動汽車或燃 料電池混合動力系統(tǒng)的電池SOC實時監(jiān)控的要求。為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控 方法，其包括以下步驟步驟一計算整車上電后的動力電池初始SOC值設置在汽車電控 單元中的時間管理模塊接收整車上電、整車斷電信號，并輸入所述汽車電控單元中的診斷 模塊的SOC初始值估計模塊，所述SOC初始值估計模塊根據(jù)所述時間管理模塊發(fā)送的整車 上電信號、整車斷電信號及所述汽車電控單元中的數(shù)據(jù)存儲與管理模塊傳送的動力電池端 電壓值信號、電流值信號、容量信號、溫度信號和斷電前動力電池SOC值信號，用加權平均 法計算出整車上電后的動力電池初始SOC值；步驟二 計算動力電池的在線實時SOC估計值所述診斷模塊中的SOC在線監(jiān)控模塊包括SOC估計模塊、SOC在線監(jiān)控模塊及電池狀態(tài) 診斷模塊，所述SOC估計模塊根據(jù)步驟一計算出的整車上電后的動力電池初始SOC值及由 數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡傳輸來的動力電池電流值信號、容量信號和溫度信號數(shù)據(jù)，應用安時積分法 計算動力電池的在線實時SOC值；步驟三診斷動力電池的狀態(tài)所述電池狀態(tài)診斷模塊從 所述數(shù)據(jù)存儲與管理模塊讀入動力電池總(端)電壓值Vbat及電池組內(nèi)各單電池電壓值Vi, 然后診斷動力電池均衡狀態(tài)，若動力電池處于一般非均衡狀態(tài)，則基于所述單電壓值診斷 動力電池狀態(tài)；若動力電池處于均衡狀態(tài)，則基于所述動力電池總(端)電壓值Vbat診斷動 力電池狀態(tài)；步驟四自適應在線修正動力電池的在線實時SOC估計值當在步驟三中診斷 出由于SOC估計的不準確導致動力電池正處在過充電或過放電狀態(tài)時，結合動力電池故障 碼Battery_Fault判斷電池是否極度不均衡，若電池處于極度不均衡狀態(tài)，則不對SOCini進 行修正，；若所述動力電池處于均衡或一般非均衡狀態(tài)，便再結合動力電池診斷碼Battery_ Flag判斷所述動力電池是否過充或過放，若所述動力電池處于過充或過放狀態(tài)，便根據(jù)過 充或過放狀態(tài)時的動力電池初始SOC值的修正系數(shù)自適應在線修正實時SOC估計值，并應 用動力電池的V-I特性曲線和端電壓濾波值確定所述動力電池的充放電電流Ibat，使所述 動力電池迅速恢復到正常的工作狀態(tài)中。步驟三中，首先診斷動力電池均衡狀態(tài)基于電池組內(nèi)各單電池電壓值Vi判斷動 力電池組單電池電壓是否處于均衡狀態(tài)，當單體電壓極差滿足給定的單體電壓極度不均衡 狀態(tài)判斷條件時，認為電池需緊急停用，并發(fā)送相應故障碼Battery_FaUlt ；當單體電壓極 差滿足給定的一般非均衡狀態(tài)判斷條件時，認為電池處于不均衡狀態(tài)，并找出單電池電壓 最低值和最高值組合；否則認為動力電池處于均衡狀態(tài)。當判斷出動力電池處于一般非均衡狀態(tài)時，則基于單電壓值診斷動力電池狀態(tài)； 當判斷出動力電池處于均衡狀態(tài)，則基于動力電池總(端)電壓值Vbat診斷動力電池狀態(tài)。所述時間管理模塊包括一具有TPU模塊的單片機、一寫電可擦可編程只讀存儲器 及一實時時鐘，所述單片機的TPU模塊通過I/O模塊對所述實時時鐘進行操控，實現(xiàn)電池管 理系統(tǒng)的全局時鐘。所述實時時鐘采用DS12CR887型號的時鐘芯片。在步驟一中，所述動力電池初始SOC值的計算公式為
權利要求
一種自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其包括以下步驟步驟一計算整車上電后的動力電池初始SOC值設置在汽車電控單元中的時間管理模塊接收整車上電、整車斷電信號，并輸入所述汽車電控單元中的診斷模塊的SOC初始值估計模塊，所述SOC初始值估計模塊根據(jù)所述時間管理模塊發(fā)送的整車上電信號、整車斷電信號及所述汽車電控單元中的數(shù)據(jù)存儲與管理模塊傳送的動力電池端電壓值信號、電流值信號、容量信號、溫度信號和斷電前動力電池SOC值信號，用加權平均法計算出整車上電后的動力電池初始SOC值；步驟二計算動力電池的在線實時SOC估計值所述診斷模塊中的SOC在線監(jiān)控模塊包括SOC估計模塊、SOC在線監(jiān)控模塊及電池狀態(tài)診斷模塊，所述SOC估計模塊根據(jù)步驟一計算出的整車上電后的動力電池初始SOC值及由數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡傳輸來的動力電池電流值信號、容量信號和溫度信號數(shù)據(jù)，應用安時積分法計算動力電池的在線實時SOC值；步驟三診斷動力電池的狀態(tài)所述電池狀態(tài)診斷模塊從所述數(shù)據(jù)存儲與管理模塊讀入動力電池總(端)電壓值Vbat及電池組內(nèi)各單電池電壓值Vi，然后診斷動力電池均衡狀態(tài)，若動力電池處于一般非均衡狀態(tài)，則基于所述單電壓值診斷動力電池狀態(tài)；若動力電池處于均衡狀態(tài)，則基于所述動力電池總(端)電壓值Vbat診斷動力電池狀態(tài)；步驟四自適應在線修正動力電池的在線實時SOC估計值當在步驟三中診斷出由于SOC估計的不準確導致動力電池正處在過充電或過放電狀態(tài)時，結合動力電池故障碼Battery_Fault判斷電池是否極度不均衡，若電池處于極度不均衡狀態(tài)，則不對SOCini進行修正，；若所述動力電池處于均衡或一般非均衡狀態(tài)，便再結合動力電池診斷碼Battery_Flag判斷所述動力電池是否過充或過放，若所述動力電池處于過充或過放狀態(tài)，便根據(jù)過充或過放狀態(tài)時的動力電池初始SOC值的修正系數(shù)自適應在線修正實時SOC估計值，并應用動力電池的V I特性曲線和端電壓濾波值確定所述動力電池的充放電電流Ibat，使所述動力電池迅速恢復到正常的工作狀態(tài)中。
2.如權利要求1所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其特征在 于步驟三中，首先診斷動力電池均衡狀態(tài)基于電池組內(nèi)各單電池電壓值Vi判斷動力電 池組單電池電壓是否處于均衡狀態(tài)，當單體電壓極差滿足給定的單體電壓極度不均衡狀態(tài) 判斷條件時，認為電池需緊急停用，并發(fā)送相應故障碼Battery_FaUlt ；當單體電壓極差滿 足給定的一般非均衡狀態(tài)判斷條件時，認為電池處于不均衡狀態(tài)，并找出單電池電壓最低 值和最高值組合；否則認為動力電池處于均衡狀態(tài)。
3.如權利要求2所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其特征在 于當判斷出動力電池處于一般非均衡狀態(tài)時，則基于單電壓值診斷動力電池狀態(tài)；當判 斷出動力電池處于均衡狀態(tài)，則基于動力電池總(端)電壓值Vbat診斷動力電池狀態(tài)。
4.如權利要求1或2或3所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其 特征在于所述時間管理模塊包括一具有TPU模塊的單片機、一寫電可擦可編程只讀存儲 器及一實時時鐘，所述單片機的TPU模塊通過I/O模塊對所述實時時鐘進行操控，實現(xiàn)電池 管理系統(tǒng)的全局時鐘。
5.如權利要求4所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其特征在于所述實時時鐘采用DS12CR887型號的時鐘芯片。
6.如權利要求1或2或3或5所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方 法，其特征在于在步驟一中，所述動力電池初始SOC值的計算公式為
7.如權利要求4所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其特征在 于在步驟一中，所述動力電池初始SOC值的計算公式為
8.如權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的自適應修正的鋰離子電池荷電狀態(tài) 在線監(jiān)控方法，其特征在于在步驟二中，所述動力電池的在線實時SOC值的計算公式為
9.如權利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的自適應修正的鋰離子電池荷電 狀態(tài)在線監(jiān)控方法，其特征在于在步驟四中，所述動力電池的在線實時SOC估計值的計算 公式為式中Vbat為動力電池端電壓信號，τ V0l為一階濾波常數(shù)，Vfilter為濾波后的一個時段內(nèi) 的平均電壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動力汽車的鋰離子電池荷電狀態(tài)SOC在線估計方法，其包括以下步驟步驟一計算整車上電后的動力電池初始SOC值；步驟二計算動力電池的在線實時SOC估計值；步驟三診斷動力電池的狀態(tài)；步驟四自適應在線修正動力電池的在線實時SOC估計值。本發(fā)明通過汽車電控單元和時間觸發(fā)式控制器局域網(wǎng)通信平臺，完成對車用鋰離子電池的SOC在線監(jiān)控、診斷及自適應修正的功能，從而實現(xiàn)了對電池管理的便捷、有效的控制。
文檔編號B60L11/18GK101966820SQ20101026421
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
發(fā)明者李建秋, 李相俊, 歐陽明高 申請人:清華大學