磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法、系统及电动汽车与流程

本发明涉及蓄电池健康管理领域，尤其涉及磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法、系统及电动汽车。

背景技术：

2015年入冬以来，我国有33个城市发生了重度及以上的空气污染，出现了前所未有的严重雾霾天气。汽车尾气排放是造成雾霾天气的首要元凶，因此大力推广新能源技术成为治理环境污染的重要发展方向。目前电动汽车行业在新能源领域中发展迅速。动力电池系统作为电动汽车的心脏，其性能好坏直接影响到整车性能和驾驶者的操纵感。由于复杂的制备工艺使电芯存在不一致性，使用过程中系统内温度差异、震荡程度、连接阻抗等因素，也会造成电芯容量衰减的不一致性，所以电池系统在使用中将出现“短板效应”。在电池系统充放电过程中，容量衰减最快的电芯将出现“充高放低”现象，限制整个电池系统的能量发挥。为了解决这个问题，需要了解系统中电芯的实时容量值，在系统出现容量偏低前及时进行售后维护，保持电池系统的性能最优，提高客户满意度。

目前了解电芯容量值可以通过实测，需要将电池系统从整车上拆卸下来，返厂进行充放电测试，也可以通过一些容量估算方法进行估算，目前开发的估算方法都是基于一定实测数据进行的，同样需要拆卸电池包返厂测试。以上方法即耗时耗财，还会影响车主正常使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法、系统及电动汽车。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法，包括：

S1，确定电池包内需计算容量的电芯；

S2，检测需要计算容量的电芯当前状态下经恒流电流i慢充预定电压区段V1至V2的充电容量Q1；

S3，根据充电容量Q1结合预先建立的容量矩阵表中计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q。

本发明的有益效果是：本发明为锂离子动力电池系统中电芯提供一种实用的、有效可靠的容量估算方法，通过电动汽车监控平台实时运行数据，准确估算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康状况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，较少客户抱怨，提高客户满意度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，预先建立的容量矩阵表内存储有恒流电流i对应的标准数据，所述标准数据包括初始状态下电芯经恒流电流i充电预定电压区段V1至V2的充电容量Q_标区。

采用上述进一步方案的有益效果是：预先建立磷酸铁锂电池的容量矩阵表，在实际评估电池容量时，通过检测实际电池某区段的充电容量并参照容量矩阵表可快速得出当前电池的实际可用容量。

进一步，S3的具体实现为：

S3.1，在容量矩阵表查找恒流电流i对应的标准数据；

S3.2,计算该电芯初始状态下慢充起止电压值V1至V2范围内的充电容量Q_标区；

S3.3，根据当前状态下预设电压区段的充电容量Q1结合公式计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q，其中，初始状态下电芯的充电总容量Q_标总为已知量。

进一步，i的取值范围为7.4-7.6A，V1的取值范围为2.5-3.2V，V2的取值范围为3.5-3.65V。

进一步，i的取值为7.5A，V1的取值为2.5V，V2的取值为3.65V。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种磷酸铁锂电池实际可用容量检测系统，包括：

确定模块，用于确定电池包内需计算容量的电芯；

检测模块，用于检测需要计算容量的电芯当前状态下经恒流电流i慢充预定电压区段V1至V2的充电容量Q1；

计算模块，用于根据充电容量Q1结合预先建立的容量矩阵表中计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，预先建立的容量矩阵表内存储有恒流电流i对应的标准数据，所述标准数据包括初始状态下电芯经恒流电流i充电预定电压区段V1至V2的充电容量Q_标区。

进一步，所述计算模块包括：

查找单元，在容量矩阵表查找恒流电流i对应的标准数据；

百分比确定单元,计算该电芯初始状态下慢充起止电压值V1至V2范围内的充电容量Q_标区；

计算单元，根据当前状态下预设电压区段的充电容量Q1结合公式计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q，其中，初始状态下电芯的充电总容量Q_标总为已知量。

进一步，i的取值范围为7.4-7.6A，V1的取值范围为2.5-3.2V，V2的取值范围为3.5-3.65V。

进一步，i的取值为7.5A，V1的取值为2.5V，V2的取值为3.65V。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种电动汽车，包括上述技术方案所述的磷酸铁锂电池实际可用容量检测系统。

附图说明

图1为本发明实施例所述磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法流程图；

图2为本发明实施例所述区间容量-电压曲线图；

图3为本发明实施例所述不同温度下的容量电压曲线图；

图4为本发明实施例所述磷酸铁锂电池实际可用容量检测系统框图；

图5为本发明实施例所述电动汽车示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种磷酸铁锂电池实际可用容量检测方法，包括：

S1，确定电池包内需计算容量的电芯。

具体地，本发明可以检测电池包内部分电芯的容量，也可以检测电池保内所有电芯的容量。

S2，检测需要计算容量的电芯当前状态下经恒流电流i慢充预定电压区段V1至V2的充电容量Q1。

本发明实施例中，i的取值范围为7.4至7.6A，V1的取值范围为2.5-3.2V，V2的取值范围为3.5-3.65V。具体地，i的取值为7.5A，V1的取值为2.5V，V2的取值为3.65V。

S3，根据充电容量Q1结合预先建立的容量矩阵表中计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q。

经实际测试数据表明，对于磷酸铁锂电池，在电池的使用寿命内，磷酸铁锂电池经小电流充电从V1充至V2时，有Q_标区/Q_标总＝Q_n区/Q_n实＝c；其中，c为常数，Q_标区为初始电池小电流充电从V1至V2时充入的电量，Q_标总为初始电池的实际可用容量，Q_n区为电池使用至某一状态时经小电流充电从V1至V2时充入的电量，Q_n实为电池使用至该状态时电池的实际可用容量。

据此，可事先建立磷酸铁锂电池的容量矩阵表，在实际评估电池容量时，通过检测实际电池某区段的充电容量并参照容量矩阵表可快速得出当前电池的实际可用容量。

本发明实施例中预先建立的容量矩阵表内存储有恒流电流i对应的标准数据，所述标准数据包括初始状态下电芯经恒流电流i充电预定电压区段V1至V2的充电容量Q_标区。

具体地，S3的具体实现为：

S3.1，在容量矩阵表查找恒流电流i对应的标准数据；

S3.2,计算该电芯初始状态下慢充起止电压值V1至V2范围内的充电容量Q_标区；

S3.3，根据当前状态下预设电压区段的充电容量Q1结合公式计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q，其中，初始状态下电芯的充电总容量Q_标总为已知量。

本发明基于监控平台上车辆实时运行数据，采用车载充电机慢充充电过程，电芯在相同电压区间内充电时间比值得到容量比值，进而计算出电芯容量值，其中容量Q＝i*t,其中i为慢充充电恒流电流值，t为充电时间。在具体实现时，可通过记录电芯从电压V1充电至电压V2所用时间t，再用电流i乘以时间t，即可获得充电容量。再计算百分比X时，可以通过初始状态下电芯从电压V1充电至电压V2所用时间t与初始状态下电芯从电压为0充电至最大值所用时间T的比值计算获得。

磷酸铁锂电池工作电压范围为2.5-3.65V，表1为本发明实施例中所述充电过程中至3.5V时电压-区间容量表，当温度为25℃时，电压-区间容量表，该表中未标示初始状态下电芯的充电总容量Q_标总(即新电芯的额定容量，现有的新电芯的额定容量66Ah)。

表1

图2是以充电截止电压为3.5V的区间容量-电压曲线图，该图中的容量表示起始电压充电至3.5V过程充电容量容量。本实施例中以充电起始电压为3.05V，充电至3.5V截止，其充电容量为65.73Ah。而新电芯的额定容量为66Ah。

根据公式带入数值得到：

65.73/66＝7.5*t/Q(Q＝(66*7.5*t)/65.73，其中Q1＝7.5*t,其中t为当前状态下，经恒流电流7.5A慢充从3.05V至3.5V所用时间。

图3为本实施例中66Ah电芯不同温度的慢充容量电压曲线图。由图可以看出，不同温度下，所述的慢充容量电压曲线略有差别，如当温度为25℃的情况下，在3.5V时，充电容量为67.153Ah。

本发明涉及的检测方法是基于监控平台的实时运行数据进行容量计算，无需拆卸电池包返厂测试，就能准确估算电芯的容量值。该方法将花费最小的成本，高效完成电芯容量估算工作，为售后维护提供数据支持。

如图4所示，为实现上述发明目的，本发明还提供一种磷酸铁锂电池实际可用容量检测系统，包括：

确定模块，用于确定电池包内需计算容量的电芯；

检测模块，用于检测需要计算容量的电芯当前状态下经恒流电流i慢充预定电压区段V1至V2的充电容量Q1；

计算模块，用于根据充电容量Q1结合预先建立的容量矩阵表中计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q。

经实际测试数据表明，对于磷酸铁锂电池，在电池的使用寿命内，磷酸铁锂电池经小电流充电从V1充至V2时，有Q_标区/Q_标总＝Q_n区/Q_n实＝c；其中，c为常数，Q_标区为初始电池小电流充电从V1至V2时充入的电量，Q_标总为初始电池的实际可用容量，Q_n区为电池使用至某一状态时经小电流充电从V₁至V₂时充入的电量，Q_n实为电池使用至该状态时电池的实际可用容量。

据此，可事先建立磷酸铁锂电池的容量矩阵表，在实际评估电池容量时，通过检测实际电池某区段的充电容量并参照容量矩阵表可快速得出当前电池的实际可用容量。

本发明实施例中预先建立的容量矩阵表内存储有恒流电流i对应的标准数据，所述标准数据包括初始状态下电芯经恒流电流i充电预定电压区段V1至V2的充电容量Q_标区。

所述计算模块包括：

查找单元，在容量矩阵表查找恒流电流i对应的标准数据；

百分比确定单元,计算该电芯初始状态下慢充起止电压值V1至V2范围内的充电容量Q_标区；

计算单元，根据当前状态下预设电压区段的充电容量Q1结合公式计算得出当前状态下电芯的实际可用容量Q，其中，初始状态下电芯的充电总容量Q_标总为已知量。

本发明实施例中，i的取值范围为7.4至7.6A，V1的取值范围为2.5-3.2V，V2的取值范围为3.5-3.65V。具体地，i的取值为7.5A，V1的取值为2.5V，V2的取值为3.65V。

如图5所示，为实现上述发明目的，本发明还提供一种电动汽车，包括上述技术方案所述的磷酸铁锂电池实际可用容量检测系统。通过电动汽车监控平台实时运行数据，准确估算出系统中各个单体电芯的容量值，可以提前了解电池包内单体电芯的健康状况，为动力电池包售后维护提供有力数据支持，做到提前维护，较少客户抱怨，提高客户满意度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。