汽車動力電池sof的監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及汽車電池領域，具體設及汽車動力電池S0F的監測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，為應對汽車工業迅猛發展帶來的環境污染、石油資源急劇消耗等影響，各 國都在積極開展研究新能源汽車研究。汽車動力電池作為電動汽車的核屯、零部件，對整車 的續駛里程、使用壽命、安全性能等有著直接的影響。表征汽車動力電池性能的主要有W下 參數：
[0003] S0H:電池的健康度（Stateof化alth)，是指在一定條件下，電池所能充入或者放 出容量與標稱容量的百分比；
[0004] S0C:電池的荷電狀態（Stateof化arge)，反映電池的剩余容量狀況；
[0005]S0F:電池的功能狀態（Stateof化nction)，即指在任何給定的充放電條件下，可W預測出的電池的充放電電流極限值、電壓極限值及功率極限值；
[0006] B0L:(BeginofLife)，即剛出廠時，電池的初始狀態；
[0007]E0L:巧ndofLife)，全壽命周期內，電池的當前狀態；
[0008] 其中，電池的S0F的監測直接影響著整車動力性的S指標：最高車速、加速時間及 最大爬坡度。因此，需要找到一種適用于新能源汽車電池組功能狀態檢測的方法，在滿足整 車動力性的基礎上，保障電池組穩定可靠的工作。
[0009] 電池的S0F功能監測與電池S0C狀態、電池單體允許的工作溫度范圍、單體電壓工 作范圍、單體內阻變化、充放電電流及電池組的S0H相關。
[0010] 現有的汽車動力電池S0F的監測方法主要為直接查表法：通過臺架試驗，采用恒 功率測試法、混合脈沖功率法和工況法準確測試電池的充放電功率，形成一系列不同S0C、 T(溫度）下的對應的B化充放電功率數據矩陣表，此法是一種靜態監測法。在整車行駛過 程中，整車控制器會根據當前電池狀態信息查表計算電池最大允許的充放電功率和電流。 此方法可計算出整車電池的功率特性，但不可預測未來時間內的電池功率輸出性能。依靠 經驗查表所得的S0F數據，只反映出電池B化狀態下的S0F性能，并未考慮到電池使用一段 時間后的性能衰減導致功率損失，且依靠經驗查表，無法實現整車實時預測電池功能狀態， 無法準確反映電池的最大功率輸入/輸出性能，從而影響整車的動力性，甚至會導致車輛 拋錯。動態極限監測是基于整車在不同使用工況條件下的一種電池模型進行監測，電池模 型根據輸入條件的計算，插入和轉換成電流極限值，在監測充放電電流極限值時，應考慮電 池工作電壓極限值和功率損失。

【發明內容】

[0011] 本發明的目的是提供一種實時、準確的汽車動力電池S0F的監測方法，即在不損 害動力電池總成的前提下，在任意時刻均可監測出汽車動力電池的允許的充放電極限電 流，并且該監測到的充放電極限電流更加接近電池的實際性能。
[0012] 為實現上述目的本發明的實施例提供了如下技術方案：
[0013] 一種汽車動力電池S0F的監測方法，包括：
[0014] 基于汽車動力電池的歐姆極化、電化學極化、擴散極化的動態特征建立電池模 型；
[0015] 基于所述電池模型監測所述汽車動力電池的動態極限電流和靜態極限電流；
[0016] 取所述動態極限電流與所述靜態極限電流的最小值作為電池充放電極限電流。
[0017] 優選地，監測所述汽車動力電池的所述動態極限電流的過程包括：
[0018] 電池管理系統將一列不同時刻的離散的電流矩陣輸入電池模型，獲得一列相應的 電壓矩陣輸出；
[0019] 根據所述電流矩陣、所述電壓矩陣動態調整用于計算充放電預測電壓的電壓-電 流線性關系式中的參數；
[0020] 實時監測所述充放電預測電壓，并結合不同S0C下對應的開路電壓獲得電池模型 過電壓；
[0021] 通過預存的充放電臺架試驗數據獲得實時的電池過電壓；
[0022] 根據所述電池過電壓、所述充放電預測電壓、不同S0C下對應的開路電壓獲得實 時的電池內阻變化率；
[0023] 將所述電池模型過電壓、所述充放電預測電壓和所述電池內阻變化率輸入所述電 池模型，獲得動態極限電流。
[0024] 優選地，監測所述汽車動力電池的所述動態極限電流的過程包括：
[0025] 利用所述電池內阻變化率將充放電臺架試驗獲得的電池B化的充放電功率轉化 為電池E化充放電功率； 陽0%] 根據電池E化充放電功率及充放電極限電壓，獲得靜態極限電流。
[0027] 優選地，所述電流矩陣被所述電池管理系統按照如下關系式處理從而得到所述電 壓矩陣：
[0028] U = 0CV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。，
[0029] 其中，U代表對應所述電流矩陣中的某一時刻的電流的電壓，OCV代表對應不同 S0C的開路電壓，I代表所述電流矩陣中的電流，Rac代表所述電池模型的交流阻抗，Rct代表 所述電池模型的電荷轉移電阻，R?、R?2代表所述電池模型的韋伯阻抗，t為所述電流矩陣 中對應某一電流的某一時刻，tao為修正參數。
[0030] 優選地，所述交流阻抗包括電池內的單體電池本身阻抗和單體電池之間的連接件 的阻抗。 陽〇3U 優選地，所述電池管理系統對所述電池過電壓、所述充放電預測電壓、不同S0C下 對應的開路電壓進行如下關系式的處理從而獲得電池內阻變化率：
[0032] IV0CV=UiX(1+dR)+off;
[0033] Ui=Uk-OCV；
[0034] 其中，U。代表充放電臺架試驗中的電池過電壓，U1代表所述電池模型過電壓，dR代 表所述電池內阻變化率，off為補償值，Uk代表實時監測到的充放電預測電壓。
[0035] 優選地，所述電池B化的充放電功率是在不同溫度、不同S0C下測得的。
[0036] 優選地，所述充放電極限電壓根據不同溫度設定。
[0037] 優選地，在電池單體電壓無異常且功率損失正常的條件下，對所述動態極限電流 進行循環監測。
[0038] 本發明的實施例采用的是動態極限電流監測與靜態極限電流監測相結合的方式， 基于一種電池模型，同時在動態極限電流計算、靜態極限電流計算過程中能夠實時地將不 同時刻的不同的電池內阻變化率引入計算，即在監測過程中充分考慮了電池內阻變化，從 而使得監測更加準確。
[0039] 進一步地，本發明的實施例充分考慮電池S0C狀態、溫度、單體電壓、單體內阻變 化、S0H及功率損失等影響因素，實時預估電池的S0F功能。
【附圖說明】
[0040] 接下來將結合附圖對本發明的具體實施例作進一步詳細說明，其中：
[0041] 圖1是本發明的實施例的汽車動力電池S0F的監測方法的原理圖；
[0042] 圖2是本發明的實施例的電池模型圖；
[0043] 圖3是本發明的實施例的動態極限監測與靜態極限監測輸入示意圖；
[0044] 圖4是本發明的實施例的電流矩陣一電壓矩陣的對應關系圖；
[0045]圖5是本發明的實施例的不同時刻對應的電池電壓曲線圖；。
【具體實施方式】
[0046] 電池的S0F監測值包括W下內容：實際和預測的充放電電流極限值、實際和預測 的充放電電壓極限值、S0C低端和高端極限值。一般汽車動力電池的充電電壓極限值、放電 電壓極限值為設定值，例如充電電壓極限值設定為4. 2V，在0°CW上時放電電壓極限值設 定為3. 0V，0°CW下時放電電壓極限值設定為2. 8V;S0C低端和高端極限值為電池S0C的工 作窗口，其值為一個修正參數，例如30% -70% ;因此本發明的實施例中S0F的監測主要是 實時預測電池充放電電流極限值。
[0047] 參考圖1，本實施例的汽車動力電池S0F的監測方法的基本思路在于，基于所建立 的電池模型，將動態極限監測方法與靜態極限監測方法相結合，分別進行動態極限監測、靜 態極限監測后，取動態極限監測的極限電流值和靜態極限監測的極限電流值的最小值作為 汽車動力電池充放電極限電流。
[0048] 參考圖2,本實施例中的電池模型與電池在充放電過程中電池材料發生的電化學 反應密切相關，反應了電池電化學反應的電化學特征：歐姆極化、電化學極化、擴散極化。電 池模型可反映四個不同化學動態特征，分別為歐姆阻抗（一定S0C下內阻值），一個與電 荷轉移電流相關的狀態、兩個與極限擴散電流相關的狀態。四個動態特征分別由AC阻抗 (Rac)、電荷轉移電阻化T)、韋伯阻抗（Rwb郝Rwb2)來表征。運四個阻抗值與電池的S〇C、T(溫 度）、I(電流）相關。該電池模型是基于單體電池測試數據進行修正和標定，AC阻抗（交 流阻抗）值包括單體電池本身阻抗和單體與單體間的連接件阻抗值。通過此電池模型，可 擬合一個電壓與電流、時間的關系式：
[0049] Ui= 0CY+I X R AC+I X RctG t/tao+i X Ve t/tao+i X R^e t/tao+dRX I............山， 陽0加]U = OCV+I X Rac+I X Rct X e X Rwbi X e X R"b2X e t/ta。...............巧]，
[0051] 其中，Ui為電池模型過電壓；u代表對應一個電流矩陣中的某一時刻的電流的電 壓，運一點將在接下來進行詳細描述；ocv代表對應不同SOC的開路電壓；I代表電流矩陣 中的電流；Ra。代表電池模型的交流阻抗；Rct代表電池模型的電荷轉移電阻；R?1、R?2代表電 池模型的韋伯阻抗；t為電流矩陣中對應某一電流的某一時刻；tao為修正參數。
[0052] 表1示例性地示出了一組汽車動力電池在充放電臺架試驗中獲得的對應不同S0C 值的0CV。
[0053]表1
[0054]
[0055] 例如，在表1中，能夠查詢到對應S0C為40%時放電0CV為232. 77V。
[0056] 由計算式山和計算式凹可得：
[0057]I=扣i_U]/dR.....