專利名稱：：鋰離子電池組剩余電能計算方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到一種鋰離子電池組剩余電能的計算方法及裝置。
背景技術(shù)：
：在電動汽車及其他動力電池應(yīng)用場合，鋰離子電池以其無可比擬的優(yōu)越性能，成為了未來動力電池的首選。隨著研究的不斷深入，以鋰離子電池作為動力的電動車輛技術(shù)逐漸成熟，但是，目前鋰離子電池的使用仍然有許多問題尚未解決，制約著鋰離子電池作為動力電池的繼續(xù)發(fā)展。動力電池的荷電狀態(tài)(StateofCharge,簡稱SOC)是表征電池狀態(tài)的重要參數(shù)之一。準(zhǔn)確計量SOC是電池安全和優(yōu)化控制充放電能量的保證。鋰離子電池容量的下降是電池運行時間縮短的主要原因，這種誤解普遍存在。實際上，電池阻抗持續(xù)增加(而不是電池容量下降)是導(dǎo)致電池運行時間縮短、系統(tǒng)提前關(guān)機的關(guān)鍵因素。在電池充放電100個周期左右的時間內(nèi)，電池容量僅下降5%，而電池的直流阻抗升高比例卻達到一倍或兩倍因子級別。老化電池阻抗提高的直接結(jié)果是負(fù)載電流引起的內(nèi)部壓降增大。結(jié)果，老化電池達到系統(tǒng)最小工作電壓(或稱為終止電壓)的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于新電池。因此電池阻抗對鋰離子電池的可用電量具有重要影響，在本發(fā)明中對電池剩余容量和電池可用剩余容量加以區(qū)別。電池剩余容量指電池當(dāng)前具有的最大可用剩余容量，但是在不同的溫度和電流下，電池可用剩余容量不同并且會隨著電池阻抗的增大而減小。當(dāng)前許多SOC估算策略都是對電池剩余容量進行估計，并未考慮由于電池內(nèi)阻的存在而引起的電池提前達到放電終止電壓，不能放出全部容量的現(xiàn)象，也就是說沒有對電池剩余容量和電池可用剩余容量進行區(qū)分。通過研究發(fā)現(xiàn)，影響SOC準(zhǔn)確計量的因素很多，其中開路電壓、溫度、充放電電流、循環(huán)次數(shù)、電池內(nèi)阻等與SOC密切相關(guān)，在SOC的估算過程中，忽視其中任何一種因素的作用都將使估算出來的SOC誤差較大，因此，在建立SOC模型確定估算策略時，必須充分考慮上述因素與soc之間的關(guān)系，下面對這些因素與soc之間的關(guān)系進行簡要分析鋰離子電池soc與開路電壓有比較明顯的對應(yīng)關(guān)系，尤其是在放電后期出現(xiàn)明顯的電壓曲線拐點，電池在放電脈沖停止后出現(xiàn)自恢復(fù)現(xiàn)象，短時間內(nèi)電池電壓迅速升高，但是恢復(fù)到穩(wěn)定的開路電壓需要一定的時間，該時間的長短與放電停止前的soc狀態(tài)、工作電流大小以及工作電流的變化率有密切的關(guān)系。環(huán)境溫度對電池的放電容量有較大影響。環(huán)境溫度越低，可放出電量越少，放電效率越低。充放電效率隨著充放電電流的增加而下降，小電流充放電時效率高，大電流充放電時效率比較低。另外，現(xiàn)在普遍采用安時(Ah)為單位對電池剩余容量進行計量，安時單位只考慮了電流的大小，這種計量方法具有簡單直觀、容易計算等優(yōu)點，但是并不能真正的表示出電池存儲電能的水平，因為鋰離子電池在充放電過程中電壓是變化的。因此，為了進一步準(zhǔn)確地表示出鋰離子電池所存儲能量的多少，必須采用焦耳為單位對電池能量進行計量。目前常用的soc估算策略大多比較簡單，其中開路電壓法和安時法(電流積分法)是應(yīng)用最多的兩種策略。開路電壓法由于以下兩方面的原因使得該方法的應(yīng)用受到較大限制；第一，電池一般都有自恢復(fù)效應(yīng)，必須經(jīng)過長時間靜置后，開路電壓才能逐漸穩(wěn)定，這時的丌路電壓才能較準(zhǔn)地表征SOC，動力電池需耍經(jīng)常頻繁啟動，且工作電流變化大，因此開路電壓無法在短時間內(nèi)穩(wěn)定下來，該種方法估算出來的SOC誤差較大。第二，電池一般都有電壓平臺現(xiàn)象，在平臺期SOC相差較大，但對應(yīng)的開路電壓卻較小，在該期間內(nèi)用電壓估算出來的SOC誤差較大。而安時法則是通過不間斷地進行電流積分，計算出消耗的電荷量及充電狀態(tài)(SOC)，而全部容量是已知的，因此，可以得到剩余容量值。這種方法的缺點是難以精確量化自放電電量，而且，由于該方法不進行周期性地完整周期校正，導(dǎo)致測量誤差隨著時間的推移越來越大。這些算法都沒有解決電池阻抗的變化問題。為了防止突然關(guān)機，必須提前終止系統(tǒng)運行、保留更多能量，這導(dǎo)致大量電能被浪費。采用安時法和開路電壓法相結(jié)合來計算電池組剩余容量，例如專利申請?zhí)?2116423.1的專利說明書公開了一種串聯(lián)電池組動態(tài)電量的計算方法，在該方法中，在電池充放電狀態(tài)吋利用對電流進行時間積分計算充電或者放電電量，在電池處于靜置狀態(tài)時利用開路電壓法計算電池的剩余容量，這樣實現(xiàn)了開路電壓法和安時積分法的優(yōu)勢互補使電池剩余電量計算不管是在充放電狀態(tài)還是靜置狀態(tài)都具有較高的準(zhǔn)確性，并且在每一次處于靜置狀態(tài)時都能對安時積分誤差進行修正。但是該方法的缺點是沒有區(qū)分剩余容量和可用剩余容量，并且充放電電量以安時(Ah)為計算單位，而電池組電壓在使用過程中并不是恒定不變的，因此以安時為計算單位不能精確的表示電池能量的轉(zhuǎn)換，另外，在該方法中為了適應(yīng)電池組在不同電流和溫度下的剩余電量的計算，采用了對安時積分設(shè)置修正系數(shù)的方法來進行，然而對于不同類型的鋰離子電池，該修正系數(shù)是不同的，電池類型的改變需要重新設(shè)定修正系數(shù)?？傊?，現(xiàn)有鋰離子電池組剩余容量計算方法存在以下缺點1、沒有區(qū)分剩余容量和可用剰余容量，鋰離子電池組在不同溫度、電流和內(nèi)阻下的可用剩余容量有很大不同，因此，如果不對電池組可用剩余容量進行區(qū)分，會給電池口」利用能量計算帶來較大的誤差。2、充放電電量以安時(Ah)為計算單位，而電池組電壓在使用過程中并不是恒定不變的，因此以安時為計算單位不能精確的表示電池能量的轉(zhuǎn)換。3、電池放電終止條件的確定只考慮了電池組本身最低放電電壓的限制，沒有將負(fù)載本身對電壓和功率的要求列入考慮范圍。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種鋰離子電池組剩余電能的計算方法及裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。本發(fā)明提供了一種鋰離子電池組可用剩余電能計算方法，進行實時計算更新電池總?cè)萘?，使得SOC估算策略迠應(yīng)了電池隨老化程度以及其它條件的改變而發(fā)生的容量變化的特點，對鋰離了電池組剩余電能進行精確而實時的估算。本發(fā)明準(zhǔn)確性高，實用性較強，具有很高的推廣價值。本發(fā)明提供的一種鋰離子電池組剩余電能的計算方法包括的步驟-1)用鋰離子電池組的開路電壓估算鋰離子電池組處于閑置狀態(tài)時的剩余電能；2)監(jiān)測充放電電流大小，用充電或放電狀態(tài)時動態(tài)電流，利用電流積分來計算充放電電量；將開路電壓法與電流積分法相結(jié)合實現(xiàn)兩種方法的互補，對電流檢測誤差進行校正；計算鋰離子電池組充放電電能；既適應(yīng)了動力型鋰離子電池組在使用過程中電流變化劇烈等特點，又可以根據(jù)開路電壓及時的修正電流積分誤差。3)根據(jù)開路電壓和充放電電流的大小實時計算鋰離子電池組的直流阻抗；4)由直流阻抗、環(huán)境溫度和充放電電流確定鋰離子電池組在放電達到終止電壓時可用的剩余電能時相應(yīng)的開路電壓，并由此時的開路電壓計算出鋰離子電池組在放電達到終止電壓時的實際剩余電能。5)由電池的最大剩余電能減去實際剩余電能得到電池的可用剩余電能。所述的方法中鋰離子電池在靜置狀態(tài)時其荷電狀態(tài)和開路電壓具有相對應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)電池兩端開路電壓大小可以知道荷電狀態(tài)，對應(yīng)關(guān)系如表1所示。所述的方法中鋰離子電池組在處于靜置狀態(tài)時利用開路電壓與SOC的對應(yīng)關(guān)系來確定電池的靜態(tài)剩余電能，而處于充放電狀態(tài)時利用電能積分的方法計算電能的變化量，.如果是充電，用靜態(tài)剩余電能加上此變化量；如果是放電，則用靜態(tài)剩余電能減去此變化量，即可得到此時的鋰離子電池組剩余電能。所述的方法中對當(dāng)前放電深度和溫度下的電池開路電壓與電池在負(fù)載條件下電池電壓的差值對時間進行積分，然后再除以充放電電流在同時間內(nèi)的積分，即可得到鋰離子電池的直流內(nèi)阻ito，公式如下八to—^A。,表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池直流阻抗；Fock表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池開路電壓；^為電池在負(fù)載條件下的電池電壓；/負(fù)載電流。所述的方法中鋰離子電池組在放電達到終止電壓等于開路電壓減去鋰離子電池的直流阻抗與當(dāng)前充放電電流平均值的乘積。所述的方法中電流積分來計算充放電電量，并且根據(jù)開路電壓及時的修正電流積分誤差在充放電之前和之后分別根據(jù)開路電壓來計算鋰離子電池的剩余電能，兩值相減即得出本次充放電鋰離子電池組實際電量消耗值，將此消耗值與電流積分計算出充放電電量相比得到校正系數(shù)，在下次電流檢測時，電流檢測值生意該系數(shù)即為實際電流值。該方法區(qū)分了鋰離子電池組的剩余電能與可用剩余電能，考慮了在不同電流、溫度下鋰離子電池組并不能把所有的電能釋放給負(fù)載，具有不同的可用剩余能量，并給出了具體的計算方法。采用焦耳為單位肓接對電池電能進行計量，改進了以往安時(Ah)為單位計量電池電量的缺點，使得本方法更適用于鋰離子電池的實際情況。本發(fā)明提供的一種鋰離子電池組剩余電能的計算裝置包括微處理器、定時器、和兩個AD轉(zhuǎn)換單元、電壓檢測傳感器、電流檢測傳感器、非易失性存儲器、多選一模擬開關(guān)和LED顯不單元裝置，微處理器、AD轉(zhuǎn)換單元通過信號線分別與多選模擬開關(guān)、電流檢測傳感器和非易失性存儲器相連接，電流檢測傳感器串聯(lián)在鋰離子電池組充放電回路中，多選一模擬開關(guān)分別與各電池單體的電壓檢測傳感器相連接。電壓檢測傳感器與電池單體連接。微處理器的I/O口通過信號線與LED顯示單元裝置相連接。十四個電壓檢測傳感器分別與十四支電池單體連接。本發(fā)明提供的所述的鋰離子電池組剩余電能計算方法的裝置也可用于超級電容、及其和鋰離子電池具有相似特性的串聯(lián)組合儲能裝置的可用剩余電能的計算。下面對本發(fā)明進行詳細(xì)闡述一般來說，對于不同類型的鋰離子電池與同一類型電池的不同生命周期，這些因素和SOC之間的關(guān)系并不是確定不變的而且它們與SOC的關(guān)系表現(xiàn)出極大的非線性，建立一個固定的SOC模型以準(zhǔn)確估算SOC幾乎不可能。所以，在本發(fā)明中提出了基于一種基本SOC估測模型e在電池使用過程屮進行不斷數(shù)據(jù)更新的估測方法，首先，電池可用剩余電能可以由下式表示氣=,-,皿在上式中，『表示電池可用剩余電能；SOC表示電池的剩余電能；SOC如。,表示電池放電達到終止電壓時的剩余電能；表示電池可存儲的最大電能。其中，SOC為剩余電能『,和電池可存儲的最大電能PTm^的比値，艮卩S6C=^/『Mi，『,可由下式來計算^=/:,0+(1-&)『0+丄賺式中W為電池在時刻^的剩余電能；『0為電池在^時刻的開路電壓對應(yīng)的初始電能；W'o為電池在上次停止充放電時的電能；/(^為電池在時刻f的工作電流，充電電流為正(+)，放電電流為負(fù)(-)。上述公式在結(jié)構(gòu)上由三個部分加和而成，其中前兩項表征電池的初始電量狀態(tài)，最后一項表征電池在使用過程中的動態(tài)變化。第項f^與開路電壓密切相關(guān)，第二項『'c是上次電池停止充放電時的電量狀態(tài)。常數(shù)i^用來表征初始電量狀態(tài)與電池自恢復(fù)效應(yīng)之間的關(guān)系。第三項為一積分項，表明電池在使用過程中電量的動態(tài)變化。由于電池自放電電量可以由開路電壓的變化表示出來，所以在此公式中不必再進行計算。在該公式中，采用了開路電壓和電量積分相結(jié)合的方法，并直接調(diào)用SOC記錄，提出了一種SOC復(fù)合估算策略。該策略包含兩個主要部分第一，電池使用前預(yù)估算電池的初始SOC;第二，電池使用過程中對電量做動態(tài)計量。鋰離子電池實際總?cè)萘康臏y定鋰離子電池實際總?cè)萘吭谑褂眠^程中受到循環(huán)次數(shù)和溫度等因素的影響而不斷變化，計算和更新實際總?cè)萘渴菧?zhǔn)確估測SOC的前提，電池實際總?cè)萘俊簃^可以通過當(dāng)電池在充電或放電前后電壓處于全松馳狀態(tài)時的兩個開路電壓值讀數(shù)算出。例如，電池放電前，SOC可由卜'式得出電池放電且通過電荷為AW時，SOC可由下式得出"A釘總?cè)萘靠捎蓛墒较鄿p得出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>電池放電終止吋剩余容量的確定受電池內(nèi)阻等因素的影響，電池電壓會隨著溫度和放電電流大小而改變。在這種情況下，電池達到電池終l卜.電壓時的剩余容量是不同的，也就是說電池的可用剩余容量會隨著電流和溫度的改變而變化。因此準(zhǔn)確地確定電池放電終止電壓是計算電池剩余容量的關(guān)鍵。根據(jù)動態(tài)檢測電池直流阻抗(W^)使計算放電終止電壓的前提，電池直流阻抗可由下式得出-其中，/to表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池直流阻抗；^x:r表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池開路電壓；Krf為電池在負(fù)載條件下的電池電壓；4為平均負(fù)載電流。為了進一步提高內(nèi)阻計算的精度，可以對電壓和電流進行定時的積分，利用積分值來計算電池的內(nèi)阻有了電池阻抗信息，我們就可以確定電池達到放電終止電壓時的剩余容量。因為電池電壓可由下式得到、a/-VocvAtvA。Z.根據(jù)電池直流內(nèi)阻可以預(yù)測出在負(fù)載電流相同，且soc值持續(xù)降低的情況下未來的電池電壓值。當(dāng)電池電壓預(yù)測值J^,達到電池終止電壓時，獲取與此電壓對應(yīng)的soc值然后就可以得到soc^。,。電流檢測誤差的修正在電流傳感器檢測電流值時，不可避免的會帶來誤差，隨著時間的推移這種電流誤差會使電池剩余電能的計算不精確，因此有必要利用其他一些可靠參數(shù)對電流檢測的誤差進行修正。在鋰離子電池組靜置達到一段時間后其開路電壓和電池剩余電量具有較好的對應(yīng)關(guān)系，因此，可以以此時的電池剩余容量為基礎(chǔ)，來對電流檢測誤差進行修正，具體實施方法如下-假設(shè)當(dāng)電池組上一次處于靜止?fàn)顟B(tài)吋利用開路電壓檢測其剩余電量為SOd，經(jīng)過一段時間的充放電之后再次靜置吋利用開路電壓計算其剩余電量為SOC2，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中，Gw^為電池組最大電量可以表示此次充放電的電量變化，在這段時間內(nèi)，利用對充放電電流的積分亦可計算出的變化由于電流檢測具有誤差，AS0C2是電流在這段時間的誤差的累積，利用SOC2與SOd的比值可以計算出在這段時間內(nèi)電流檢測誤差的修正系數(shù)/;=——1在i十算出修正系數(shù)之后，讓電流檢測值乘以此系數(shù)就可以使電流檢測值更為精確。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是-1、適用于電池在各種狀態(tài)下的剩余電能的準(zhǔn)確估算，對于靜置狀態(tài)和充放電狀態(tài)予以分別考慮，適合動力電池的使用特點。本發(fā)明準(zhǔn)確件高，實用性較強，具有很高的推廣價值。2、區(qū)分了鋰離子電池組的剩余電能與可用剩余電能，并采用焦耳為單位直接對電池電能進行計量，改進了以往安時(Ah)為單位計量電池電量的缺點，使得本方法更適用于鋰離子電池的實際情況。3、能根據(jù)不同類型的鋰離子電池做出相應(yīng)的調(diào)整，不必為每一種類型的鋰離子電池準(zhǔn)備一套計算參數(shù)和經(jīng)驗公式，因而通用性較強。圖l是本發(fā)明裝置連接框圖。圖2是本發(fā)明剩余電能訃算方法流程圖。具體實施方式下而結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一歩說明。如圖所不，l.微處理器，2.電壓檢測傳感器，3.電流檢測傳感器，4.鋰離子電池組，5.定時器(第一定時器)，6.定吋器(第二定時器)，7.顯示模塊，8.非易失性存儲器，9.多選一模擬開關(guān)。步驟201步驟218.流程圖執(zhí)行步驟。鋰離子串連電池組4共有14支單體電池模塊組成，生產(chǎn)商為天津藍天高科電源股份有限公司，每支單體電池的容量為3.6V/60Ah，鋰離子電池組額定電壓為50.4V，每支單體電池的最高限制電壓為4.2V，電池最低限制電壓為3.0V，另外由于用電器本身的一些特殊要求，最低單體電池限制電壓可以根據(jù)需要來設(shè)定，如果不對其進行設(shè)定，默認(rèn)為電池本身最低限制電壓3.0V。本發(fā)明裝置包括微il算機即微處理器l、定時器5、6和兩個AD轉(zhuǎn)換單元、電壓檢測傳感器2、電流檢測傳感器3、非易失性存儲器8、多選一模擬開關(guān)9和LED顯示單元裝置7相互連接組成。其中，微計算機l、AD轉(zhuǎn)換單元通過信號線分別與多選一模擬開關(guān)9、電流檢測傳感器3和非易失性存儲器8相連接，電流檢測傳感器3串聯(lián)在鋰離子電池組4充放電冋路中，多選一模擬開關(guān)9分別與各電池單體的電壓檢測傳感器2相連接，十四個電壓檢測傳感器分別與十四支電池單體連接。微計算機的I/O口通過信號線與LED顯示單元裝置7相連接。本發(fā)明的實現(xiàn)方法在執(zhí)行之前，應(yīng)先將電池額定容量60Ah、電池組包含單體個數(shù)14、單體電池額定電壓3.6V、單體電池的最高限制電壓為4.2V、最低限制電壓為3.0V(或其它設(shè)定值)、上次記錄的鋰離子電池組剩余容量值SOC和鋰離子電池開路電壓與電池組剩余容量的對應(yīng)關(guān)系表(表2)預(yù)先存入非易失存儲器8中，其中表l為鋰離子電池單體電壓與剩余電能關(guān)系表。鋰離子電池在靜置狀態(tài)時其荷電狀態(tài)和開路電壓具有相對應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)電池兩端開路電壓大小可以知道荷電狀態(tài)，對應(yīng)關(guān)系如表l所示[J.P.Christophersenetal(DOEAdvancedTechnologyDevelopmentProgramforLithium-IonBatteries:INEELGen1FinalReport),IdahoNationalEngineeringandEnvironmentalLaboratoryTransportationTechnologies&InfrastructureDepartmentIdahoFalls,Idaho83415,PublishedSeptember2001]。在本實施例中十四串鋰離子電池組，根據(jù)表1中的電壓值乘以十四可以得到表2。本發(fā)明由步驟201(圖2所示)開始執(zhí)行，首先通過電壓傳感器對各鋰離子電池單體以及鋰離子電池組電壓進行采樣，并利用多選一模擬開關(guān)分別選通十四節(jié)電池進行電壓采樣步驟202，然后通過電流傳感器3對系統(tǒng)的電流進行采樣步驟203，根據(jù)步驟203的電流采樣所得到的電流值可以對鋰離子電池組的狀態(tài)進行判斷，鋰離子電池狀態(tài)分為兩種靜止?fàn)顟B(tài)和充放電狀態(tài)，由于鋰離子在靜置狀態(tài)時也需要對些系統(tǒng)必備電路(如鋰離子電池管理系統(tǒng))進行供電，所以在此狀態(tài)時電流一般不會為零，但同時這些必備電路的消耗電流非常小。因此，需要設(shè)置一個判斷鋰離子電池組狀態(tài)的電流閾值，根據(jù)本實例所采用鋰離子電池組的特點，在此將狀態(tài)判斷電流閾值設(shè)置為0.2A，當(dāng)電流采樣值大于0.2人時為充放電狀態(tài)，當(dāng)電流采樣值小于0.2A時判斷為靜置狀態(tài)。一、如果為充放電狀態(tài)則執(zhí)行步驟205，繼續(xù)對電池的狀態(tài)進行判斷，根據(jù)電流的方向判斷電池是處于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，在本實施例中，當(dāng)鋰離子電池組為充電狀態(tài)時設(shè)置電流值為正，當(dāng)鋰離子電池組為負(fù)時設(shè)置電流值為負(fù)。當(dāng)鋰離子電池組處于放電狀態(tài)時執(zhí)行步驟206，對放電電流對放電時間進行積分，在本發(fā)明中，采用對電流、電壓與時間的乘積進行累加的方法來計算積分ff/Wf的值。時間的確定可由單片機的時間定時器5來完成，在本實例中，設(shè)置了一個時間中斷，中斷時間為30毫秒，即每隔30毫秒執(zhí)行一次電流值與時間間隔30毫秒乘積的累加，這樣就可以得到積分f的值。當(dāng)鋰離子電池組處于放電狀態(tài)時執(zhí)行步驟207，積分計算方法與上述方法相同，只是積分值為fj/^負(fù)。執(zhí)行完畢后，可以求得電流充電或放電的容量值，將此容量值與存儲在非易失存儲器中的鋰離子電池組總?cè)萘恐?^目除，可以得到充電量或者放電量占總?cè)萘康陌俜直取Ｈ绻囯x子電池組處于充電狀態(tài)則此值為正，如果是放電狀態(tài)，則百分比為負(fù)，然后將此值與存儲在非易失存儲器中上次記錄的鋰離子電池組剩余容量值SOC相加即可得到當(dāng)前時刻鋰離子電池組的剩余容量并將此吋的SOC值替換掉上次存如的SOC值，使非易失存儲器7中的SOC值得到實時的更新。執(zhí)行完畢步驟206或者步驟207就得到了鋰離子電池組的剩余容量，程序繼續(xù)執(zhí)行到步驟208，利用步驟207中的SOC值進行査表將當(dāng)前SOC值與存儲在非易失存儲器中的開路電壓與鋰電池剩余容量關(guān)系表(表2十四串鋰離子電池組電壓與剩余電能關(guān)系表)中的SOC值按從大到小的順序進行逐個比較，當(dāng)此時的SOC值大于關(guān)系表中的SOC值時停止比較，根據(jù)SOC與開路電壓的對應(yīng)關(guān)系確定其實鋰離子電池組的丌路電壓OCV。得到丌路電壓OCV之后，就可以由步驟209來計算電池的直流阻抗Rbat,鋰離子電池組的直流阻抗在充放電時具有分壓作用，這樣使得電池組的外部負(fù)載電壓^f氏于電池組的開路電壓，因此可以根據(jù)此特性來計算電池組的直流阻抗。計算公式如下r_^在上式屮，L為一段時間內(nèi)的平均電流，它的計算方法為將每一次的電流采樣值記錄下來，加權(quán)并求平均值得到Iav。如果想進一步提高內(nèi)阻計算的精度，Pj以對電壓和電流進行定時的積分，利用積分值來計算電池的內(nèi)阻，并利用下式進行計算在求得鋰離子電池組的直流阻抗后，繼續(xù)執(zhí)行到步驟210，利用在歩驟209中計算得出的鋰離子電池組直流阻抗和存儲在非易失存儲器中的最低限制電壓可以利用下式求得鋰離子電池組放電終止時的開路電壓由io所得到的鋰離子電池放電終止時的開路電壓査表，表格為存儲在非易失存儲器中的開路電壓與剩余容量關(guān)系表，査表方法與步驟208中所述相同。這樣在步驟211可以得到鋰離子電池組在放電終止時的剩余電能5ZK一。然后執(zhí)行到步驟212，由下式可以計算得出鋰離子電池組的可用剩余電能l。亂—,,認(rèn)執(zhí)行完此步之后，就得到了鋰離子電池組的可用剩余容量，程序繼續(xù)運行，把可用剩余容量的結(jié)果送入LED顯示裝置7中進行顯示步驟213，同時程序跳轉(zhuǎn)至步驟202繼續(xù)循環(huán)。一、在鋰離子電池組4中，若對鋰離子電池組的狀態(tài)的判斷結(jié)果為處于靜置狀態(tài)，則跳轉(zhuǎn)至步驟214。在步驟214中，開啟定時器開始計時，鋰離子電池的開路電壓需要一定的松弛時間才能穩(wěn)定，只有達到一定的松弛時間鋰離子電池的開路電壓與剩余容量的對應(yīng)關(guān)系才是準(zhǔn)確的。在本實例中，松弛時間定為兩個小時，在定時期間，應(yīng)該持續(xù)進行電流采樣歩驟203，如果在開始定時兩個小時后步驟215鋰離子電池組仍為靜止?fàn)顟B(tài)，則繼續(xù)執(zhí)行至步驟216，在步驟216中，根據(jù)鋰離子電池開路電壓與剩余電能的關(guān)系表格(表2)確定電池組的剩余電能SOC，査表方法和步驟207中所述相同。將所得到的SOC值與非易失存儲器中的SOC值相比較步驟217，如果不同則進行鋰離子電池組總?cè)萘扛虏襟E218，更新公式如下所示計算得出新的電池組總?cè)萘俊篘后繼續(xù)執(zhí)行至步驟219，進行電流檢測的誤差修正，然后轉(zhuǎn)向步驟213進行數(shù)值顯示，如果相同則直接跳轉(zhuǎn)至步驟213，即把SOC值送入顯示單元。然后繼續(xù)跳轉(zhuǎn)至步驟202，循環(huán)執(zhí)行上述步驟。關(guān)于顯示方式有兩種可供選擇一是顯示可用剩余能量占總能量的總百分比，二是剩余能量的可用時間，如果選擇第一種，用可用剩余能量和電池組總能量相比就可得到顯示值；如果選擇第二種，用可用剩余能量除以用電器的功率即可得到顯示值。本發(fā)明方法考慮了與SOC密切相關(guān)的多個主要因素的作用，準(zhǔn)確地反映了鋰離子電池SOC的復(fù)雜性，而且提出了電池可用剩余電能的概念，對以往的剩余電量概念給與補充，使SOC的表述和預(yù)測更加準(zhǔn)確和合理。所用的SOC估算策略集成了開路電壓法和電流積分法的優(yōu)點，同時又彌補了常用SOC估算策略的缺點。另外，在本發(fā)明中所用到的方法亦可應(yīng)用于其它類型的儲能裝置，對于其它儲能裝置，比如鉛酸電池、鎳氫電池及超級電容等，其電壓特性和鋰離子電池不同，因此，在使用本方法計算剩余電能的過程中不能簡單的套用鋰離子電池開路電壓和剩余電能對應(yīng)關(guān)系表(表1)來對剩余電能進行計算，而應(yīng)該對表l做出相應(yīng)的修改，如果沒有相應(yīng)關(guān)系表可以在充放電過程中實時檢測相關(guān)參數(shù)，計算并建立開路電壓與剩余電能對應(yīng)關(guān)系表，具體方法如下假設(shè)早^時刻電池剩余電能為SOC。，此時電池開路電壓為^，經(jīng)過一段時間放電后，在~時刻剩余電能為SOG，電池開路電壓電壓變化為Vi(在充放電過程中的開路電壓可由所測得的電池電壓加上此時刻的平均充放電電流與電池直流內(nèi)阻的乘積得到)，可得下式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>在上式中，所到到的系數(shù)(3為SOC變化與開路電壓變化之比，SOQrSOCj為電池剩余電能的變化量，可以用電能積分的方法得到。利用p可近似計算出電池開路電壓在V,到V2之間任意開路電壓所對應(yīng)的SOC值。使用上述方法求得電池在不同開路電壓時的系數(shù)p，然后建立數(shù)據(jù)表格即可得到完整的類似于表1的電池開路電壓和剩余電能對應(yīng)關(guān)系表。本發(fā)明中所用出的根據(jù)實時檢測電池直流內(nèi)阻來預(yù)測相應(yīng)溫度和電流下的電池達到終止放電電壓時的電池剩余電能使得本算法能夠隨著電池老化、溫度和電流情況的不同而實時做出相應(yīng)的更新和修改，使該算法對SOC的預(yù)估在電池的整個使用周期都具有較高的準(zhǔn)確性和實時性。另外，在該算法中給出了實時計算更新電池總?cè)萘康姆椒?，使得SOC估算策略適應(yīng)了電池隨老化程度以及其它條件的改變而發(fā)生的容量變化的特點。因此，本發(fā)明和以往的鋰離子電池組剩余容量估測方法相比進一步提高了準(zhǔn)確性，并且實用性較強，具有很高的推廣價值。表l鋰離子電池單體H<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1、一種鋰離子電池組剩余電能的計算方法，其特征在于包括的步驟1)用鋰離子電池組的開路電壓估算鋰離子電池組處于閑置狀態(tài)時的剩余電能；2)監(jiān)測充放電電流和電池電壓大小，用充電或放電狀態(tài)時動態(tài)電流和電壓乘積的積分來計算充放電電能；將開路電壓法與電能積分法相結(jié)合實現(xiàn)兩種方法的互補，對電流檢測誤差進行校正，計算鋰離子電池組充放電電能；3)根據(jù)開路電壓和充放電電流的大小實時計算鋰離子電池組的直流阻抗；4)由直流阻抗、環(huán)境溫度和充放電電流確定鋰離子電池組在放電達到終止電壓時可用的剩余電能時相應(yīng)的開路電壓，并由此時的開路電壓計算出鋰離子電池組在放電達到終止電壓時的實際剩余電能；5)由電池的最大剩余電能減去電池放電終止時實際剩余電能得到電池的可用剩余電能；6)由開路電壓與電流積分結(jié)合的方法來對電流檢測誤差進行校正。2、按照權(quán)利1要求所述的方法，其特征在于鋰離子電池組在處于靜置狀態(tài)時利用開路電壓與SOC的對應(yīng)關(guān)系來確定電池的靜態(tài)剩余電能，而處于充放電狀態(tài)時利用電能積分的方法計算電能的變化量，如果是充電，用靜態(tài)剩余電能加上此變化量；如果是放電，則用靜態(tài)剩余電能減去此變化量，即可得到此時的鋰離子電池組剩余電能。3、按照權(quán)利1要求所述的方法，其特征在于對當(dāng)前放電深度和溫度下的電池開路電壓與電池在負(fù)載條件下電池電壓的差值對時間進行積分，然后再除以充放電電流在同時間內(nèi)的積分，即可得到鋰離子電池的直流內(nèi)阻ito，公式如下-表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池直流阻抗；Foa表示在當(dāng)前放電深度和溫度下的電池開路電壓；Frf為電池在負(fù)載條件下的電池電壓；/力負(fù)載電流。4、按照權(quán)利1要求所述的方法，其特征在于鋰離子電池組在放電達到終止電壓等于開路電壓減去鋰離子電池的直流阻抗與當(dāng)前充放電電流平均值的乘積。5、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的電流積分來計算充放電電量，并且根據(jù)開路電壓及時的修正電流積分誤差在充放電之前和之后分別根據(jù)開路電壓來計算鋰離子電池的剩余電能，兩值相減即得出本次充放電鋰離子電池組實際電量消耗值，將此消耗值與電流積分計算出充放電電量相比得到校正系數(shù)，在下次電流檢測時，電流檢測值生意該系數(shù)即為實際電流值。6、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對電池電能進行計量直接采用焦耳為單位。7、一種鋰離子電池組剩余電能計算方法的裝置，其特征在于它包括微處理器、第一定時器、第二定時器和兩個AD轉(zhuǎn)換單元、電壓檢測傳感器、電流檢測傳感器、非易失性存儲器、多選一模擬開關(guān)和LED顯示單元裝置，微處理器、AD轉(zhuǎn)換單元通過信號線分別與多選一模擬開關(guān)、電流檢測傳感器和非易失性存儲器相連接，電流檢測傳感器串聯(lián)在電池組充放電回路中，多選一模擬開關(guān)分別與各電池單體的電壓檢測傳感器相連接；電壓檢測傳感器與電池單體連接；微處理器的I/O口通過信號線與LED顯示單元裝置相連接。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述的多選一模擬開關(guān)。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述的電壓檢測傳感器為十四個電壓檢測傳感器，十四個電壓檢測傳感器分別與十四支電池單體連接。10、權(quán)利要求7所述的裝置的應(yīng)用，其特征在于它用于超級電容、及其和鋰離子電池具有相似特性的串聯(lián)組合儲能裝置的可用剩余電能的計算。全文摘要本發(fā)明提供了一種鋰離子電池組剩余電能的計算方法和裝置。利用鋰離子電池組的開路電壓和電能積分相結(jié)合的方法來計算充放電能量，根據(jù)開路電壓和充放電電流的大小實時計算鋰離子電池組的直流阻抗，由直流阻抗和充放電電流等參數(shù)確定鋰離子電池組在當(dāng)前情況下放電達到終止電壓時可用剩余電能時相應(yīng)的開路電壓，并由此時的開路電壓計算出鋰離子電池組在放電達到終止電壓時的實際剩余電能。由電池的最大剩余電能減去達到放電終止條件時剩余電能就可以得到電池可用剩余電能。本發(fā)明適用于電池在各種狀態(tài)下的剩余電能的準(zhǔn)確估算，適合動力電池的使用特點。本發(fā)明準(zhǔn)確性高，實用性較強，具有很高的推廣價值。文檔編號G01R31/36GK101303397SQ20081005363公開日2008年11月12日申請日期2008年6月25日優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日發(fā)明者孫鶴旭,崔志強,李練兵申請人:河北工業(yè)大學(xué)