電池soc的確定方法及使用該方法的電池管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電池S0C的確定方法，W及使用該方法的電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油資源的日益枯竭和環(huán)境問題的日趨嚴峻，尋求新能源，減少碳排放成為 了世界的主流趨勢。電動汽車就是其中一個主要的發(fā)展方向，目前的電動汽車，主要可 W分為肥V(HybridElectricVehicle;混合動力車)、P肥V(Plug-inHybridElectric Vehicle;插電式混合動力車）、EV巧lectricVehicle;純電動車）該幾類，通過部分或者完 全使用電能來驅(qū)動車輛，可W提高能效，減少車輛行駛過程中的碳排放量。
[0003] 對于任意類型的電動汽車，其內(nèi)部都需要設(shè)置多個電池(或稱電池包）作為儲存 電能的裝置，而如何管理該些電池的充電和放電W及對該些電池進行監(jiān)控就成為了電動 汽車設(shè)計中的一個重要問題。尤其是，目前的電動汽車所用的電池多數(shù)選用裡離子電池 化ithiumionbatte巧)，裡離子電池在過充、過放的情況下容易出現(xiàn)安全問題甚至可能起 火燃燒。因此，如何對于電池，特別是裡離子電池在使用中的狀態(tài)進行準確的監(jiān)控就成了設(shè) 計電動汽車用電池包時一個至關(guān)重要的問題。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，一般是采用BMS(BatteryManagementSystem;電池管理系統(tǒng)）通 過傳感器件來對裡離子電池的S0C(Stateof化arge;荷電態(tài))進行監(jiān)控。S0C，是一個定義 出來用于衡量電池荷電量的參數(shù)。定義該參數(shù)的目的是希望可W通過該個參數(shù)來得知電池 中還有多少電荷可W被使用。因為不同于車輛的油箱，對于電池而言，無法通過簡單觀察得 知其內(nèi)部還有多少電荷可W被使用。例如，一個標稱容量為3Ah(Ah是電池行業(yè)對于電荷 量的一種通用單位，如果轉(zhuǎn)化為電荷的國際標準單位，則lAh=3600庫侖）的電池，如果說它 的S0C為30 %，一般的字面上的意思就是指它的內(nèi)部還有3AhX30 % =0. 9Ah的電荷可W被 使用。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，確定S0C的辦法一般是基于通過測量電池的0CV(化enCircuit Voltage;開路電壓）而間接得到的，該種方法核也的依據(jù)在于：將SOC看作是OCV的函數(shù)， 目P;電池在充放電過程中會有不同的0CV，不同的0CV對應(yīng)于不同的S0C。例如，對于最普通 的手機上使用的LC0電池化ithiumCobalt化ide;鉆酸裡電池)而言，在充放電過程中，假 設(shè)其充電電壓如果達到4. 2V，就認為其已經(jīng)被"充滿"，也就是說S0C達到了 100%的狀態(tài)， 而如果其放電電壓跌落至2. 8V，就認為其已經(jīng)完全放電，也就是說S0C為0。在現(xiàn)有技術(shù)中， 一般是通過如下具體方式來測量電池的0CV-S0C標準曲線；對于某一款電池而言，在某一 溫度下，W5%S0C為步長，測量電池的0CV，對充電過程和放電過程分別進行0CV測量。
[0006] 上述的0CV-S0C法具體是該樣測量的(例如在1(TC條件下）：首先在標準條件下 (例如25C，0. 33C，對于不同的電池體系，"標準條件"也有所不同）測量出該電池的標準 容量，例如是lAh;然后將lAh進行20等分，即0. 05Ah(該值即是5%S0C的確定標準，因 為得到標準容量lAh后即認為標準容量是100%的S0C),然后，在電池的充電過程中，通 過對充入電池的電量的追蹤積分，來確定電池到達了哪一個5%的步長點。例如如果電池 從容量為0開始充入了 0. 〇5Ah的電量，即認為電池達到了 5%的SOC點；在此點進行靜置 (約3~4個小時）后得到該點所對應(yīng)的0CV點（即5%S0C充電過程所對應(yīng)的0CV點）；而 如果繼續(xù)從該5%S0C點出發(fā)，繼續(xù)充入了 0. 05Ah的電量，則認為到達了 10%的S0C點， 繼續(xù)在此點進行靜置（約3~4個小時）后得到該點所對應(yīng)的0CV點（即10%S0C充電過 程所對應(yīng)的0CV點），依次類推繼續(xù)得到15%，20%，25%. .. 100%的各個點。
[0007] 上面描述了 1(TC充電過程的0CV-S0C具體測量過程，對于1(TC下的放電過程也 是采用同樣的方式進行。
[0008] 對于其他溫度下的0CV-S0C充放電曲線，采用與上述所類似的方法進行。
[0009] 可W看出：在傳統(tǒng)的充放電過程的0CV-S0C的具體測量過程中，實際上是依據(jù)對 于充電或放電過程中的電量的追蹤積分來確定出每一個S0C點巧%，10%，15%. ... 100%);并 且認為上述的每一個S0C點實際上代表了電池的"真正的"荷電狀態(tài)。
[0010] 而目前的技術(shù)對于用于電動汽車的電池的S0C測量則是該樣進行的：首先，在出 車前，由BMS系統(tǒng)測量電池的0CV，得出一個值，再利用上述所測得的0CV-S0C曲線得到一 個S0C值，例如是0. 95,則認為初始的電池荷電量(例如記為A)是額定容量X0. 95 ;而在行 車過程中，由BMS記錄電池的放電量累積，該放電量累積可W在數(shù)學(xué)上表示為/I(t)?化； 其中I(t)為電池放電電流隨時間的變化，化為時間的微分。上述積分即表示BMS記錄的 電池放出了多少電荷，如果需要計算某一時刻(例如T1)的S0C，則首先計算出電池從開始 時刻（即出車時)至T1時刻放出了多少電荷，例如記為B，則A-B就是T1時刻的電池的荷電 量，也既是電池的S0C值，需要指出，該S0C值既可WWAh作為單位來表示，即上述的A-B; 也可W用百分比來表示，即（A-B)/電池的額定容量。
[0011] 上述的現(xiàn)有技術(shù)中的該套S0C測量體系在實際使用中存在很多技術(shù)缺陷，并且由 于該些技術(shù)缺陷將導(dǎo)致在實際使用中電池的S0C不能被精確監(jiān)控，申請人在下面部分將詳 細描述該些技術(shù)缺陷： 技術(shù)缺陷一
[0012] 上述現(xiàn)有技術(shù)中所得到的S0C不能"真正地"代表電池的荷電狀態(tài)，而該問題具體 的表現(xiàn)在于：
[0013] 首先，在同一溫度下的充電和放電0CV-S0C曲線并不重合，也就是說，對于上述的 l〇°C下的0CV-S0C曲線，其充電過程中的5%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于其放電過程中的 5%S0C所對應(yīng)的電壓值，充電過程中的10%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于其放電過程中的 10%S0C所對應(yīng)的電壓值...充電過程中的100%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于其放電過程中 的100%S0C所對應(yīng)的電壓值。
[0014] 其次，對于不同的溫度下的0CV-S0C曲線之間也并不重合，也就是說：1(TC下的 充電0CV-S0C曲線中的5%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于15C下的充電0CV-S0C曲線中的 5%S0C所對應(yīng)的電壓值；15C下的放電0CV-S0C曲線中的25%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于 20°C下的放電0CV-S0C曲線中的25%S0C所對應(yīng)的電壓值...30°C下的放電0CV-S0C曲線中 的50%S0C所對應(yīng)的電壓值并不等于20°C下的放電0CV-S0C曲線中的50%S0C所對應(yīng)的電壓 值。
[0015] 上述偏差的根本物理原因在于：傳統(tǒng)測量0CV-S0C曲線的技術(shù)手段中，其得到的 每一個S0C點巧%，10%，15%. ... 100%)并不能實際上代表電池的"真正的"荷電狀態(tài)，也就 是說，在傳統(tǒng)的體系中得到了一個SOC點，例如15%，在技術(shù)人員基于傳統(tǒng)的技術(shù)的觀點看 來，該個時候電池內(nèi)所剩余的電量就是額定電量X15%。但是實際上并不是如此，因為上述 的15%該個值是依據(jù)對于充電或放電的電量的追蹤所得到的，而電池實際上還剩余多少電 量是由電池內(nèi)部具體還有多少可W用來進行電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)的活性物質(zhì)所決定的， 上述基于電量所確定的S0C點并不能真正代表電池內(nèi)部實際還有多少可W用來進行電化 學(xué)氧化-還原反應(yīng)的活性物質(zhì)的比例。所W才會導(dǎo)致充電和放電的0CV-S0C曲線不能重 合，W及不同溫度下的0CV-S0C曲線也不能重合。因此傳統(tǒng)技術(shù)中所測得的0CV-S0C線中 的S0C實質(zhì)上是一種"歷S0C"，其并不能"真正地"表示出電池內(nèi)部的荷電狀態(tài)。 技術(shù)缺陷二
[0016] 在另一方面，在現(xiàn)有的技術(shù)中，對于0CV-S0C曲線中的S0C值的取值范圍默認為是 0%~100%，即，傳統(tǒng)技術(shù)中認為電池可W從"電量完全為零的態(tài)"經(jīng)過充電到達"電量達到 充滿的態(tài)";或者相反，可W從"電量達到充滿的態(tài)"經(jīng)過放