專利名稱：一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案涉及一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置 及檢測方法。
技術(shù)背景混合動力車輛動力總成的性能與電池性能的有關(guān)，電池性能檢測主要是指 檢測電池的充放電性能、電池壽命、電池效率、電池輸出功率的能力，用以評 價電池是否能滿足使用需求，通?？紤]的因素包括電池內(nèi)阻、電池自放電、充 電可接受程度、放電效率等?；旌蟿恿﹄姵匾话阌啥鄠€單體電池串聯(lián)組成，由于單體電池制造的差異性、 使用環(huán)境的不同、電池老化等因素，電池在使用一段時間后，電池各單體性能 的差異性會增大，而且電池整體的性能是由性能最差的單體決定的，因此，需 要檢測電池性能，避免電池在性能較差的情況下，仍然繼續(xù)使用?；旌蟿恿囕v電池管理系統(tǒng)一般都具有電池荷電狀態(tài)檢測功能，根據(jù)荷電 狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對電池充放電管理和功率計算。但由于沒有提供電池性能預(yù)測功能， 如果電池性能較差，而繼續(xù)使用電池，將降低電池充放電效率，縮短電池壽命。 在電池的整個使用壽命過程中，由于不可預(yù)知的物理及化學(xué)的變化，電池的性 能呈現(xiàn)逐步衰減的趨勢，電池性能降低，從而降低了混合動力車輛的可靠性。電池荷電狀態(tài)的預(yù)測，可以通過電池的充放電電量，確定電池的soc(電池余量)。電池性能預(yù)測是一個較抽象的概念，是相對于新電池，確定的一個數(shù)值，電池性能預(yù)測是通過SOF (State Of Function功能狀態(tài))這個參數(shù)評價電池性能的 好壞。影響電池性能的因素和評價標(biāo)準(zhǔn)很多，而且這些因素之間有一定的關(guān)聯(lián) 性，因此，需要正確地定義評價和檢測電池性能的方法。傳統(tǒng)的檢測電池性能的方法是通過電池脈沖充放電實(shí)驗，獲取電池的循環(huán)次數(shù)與壽命的關(guān)系，然后 根據(jù)電池已使用的充放電次數(shù)，推斷電池剩余的循環(huán)次數(shù)，這種方法雖在一定 程度上能預(yù)測電池的性能，但由于不是以電池的關(guān)鍵參數(shù)作為預(yù)測電池性能的 主要依據(jù)，沒有考慮電池工作環(huán)境對電池性能的影響，因此這種方法存在很大的誤差。為提高燃油經(jīng)濟(jì)性和延長電池壽命，混合動力電池設(shè)定不同的工作區(qū)間， 但通常情況下，混合動力電池管理系統(tǒng)一般具有荷電狀態(tài)預(yù)測功能，卻沒有提 供一個較好的預(yù)測電池性能的方法，電池性能影響混合動力車輛的可靠性，電 池性能受多種因素影響，例如電池荷電狀態(tài)、電池溫度、電池老化程度，當(dāng)電 池性能較差時，如不采取更改電池工作區(qū)間等措施，會極大縮短電池壽命。即 現(xiàn)有的混合動力電池管理系統(tǒng)不能根據(jù)電池性能，調(diào)節(jié)電池的工作區(qū)間?，F(xiàn)有 的電池管理系統(tǒng)并未考慮電池健康狀態(tài)對工作區(qū)間的影響，無論電池性能如何， 都選用相同的工作區(qū)間，不能調(diào)整電池的工作區(qū)域，降低了電池效率和壽命。 傳統(tǒng)的檢測電池性能的方法不能滿足上述要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于混合動力汽車電池性能檢測 裝置及檢測方法，通過采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后電池的電壓、電流變化對 電池內(nèi)阻的在線檢測，并考慮了溫度、充放電電流對電池性能的影響，通過電池內(nèi)阻修正電池性能，預(yù)測電池性能(S0F)提高了預(yù)測電池性能的準(zhǔn)確性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種用于混合動力汽車電池 性能檢測裝置，包括與發(fā)動機(jī)、同軸連接的電機(jī)、逆變器、整車控制器、與電池管理控制器電連接的電池，其特征在于所述的電池管理控制器內(nèi)設(shè)有信號采集單元；所述的信號采集單元，用于采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后電池的電壓、電流變化，電池溫度，電池余量，通過電池性能的計算公式求得電池內(nèi)阻， 并將此值作為修正電池性能的一個參數(shù)。一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置，所述的信號采集單元是電池管 理控制器的一部分，由電流傳感器、溫度傳感器、信號處理電路等組成，電池 管理控制器提供電流傳感器及溫度傳感器的電源，并連接電流傳感器及溫度傳 感器輸出信號接口。本發(fā)明另一個技術(shù)方案是， 一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置的檢 測方法，該方法包含下例步驟；a) 初始化步驟；通過檢測裝置設(shè)定電池充、放電循環(huán)次數(shù)；b) 采集步驟；通過信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程的電池電壓VI，起動 電流Il，發(fā)動機(jī)起動后電池電壓V2，電池電流I2;電池充、放電循環(huán)時電池溫 度，放電時的電池余量(SOC);d) 計算步驟1;根據(jù)采集步驟采集的信號通過內(nèi)阻計算公式Rbatt=(V2-V1) / (11-12)計算電池的內(nèi)阻。e) 計算步驟2;根據(jù)采集步驟采集的信號，計算步驟l計算電池的內(nèi)阻， 通過計算公式將電池性能(S0F)這個變量，簡化成一個可量化的電池性能(S0F) 數(shù)據(jù)；電池每完成n次充放電循環(huán)，更新一次電池性能(S0F)值，并通過內(nèi)阻f) 預(yù)測步驟；根據(jù)計算步驟2量化的電池性能(S0F)數(shù)據(jù)與模擬電池性 能(S0F)的曲線，電池性能(S0F)與循環(huán)關(guān)系的曲線，預(yù)測電池性能(S0F);g) 修正步驟；根據(jù)預(yù)測步驟預(yù)測的電池性能(S0F)，通過修正電池的工作區(qū)間。一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置的檢測方法，所述的計算公式為電池性能(S0F ) = l-Sa*W+Y*r， a與工作溫度有關(guān)的系統(tǒng)，W為與工作 電流有關(guān)的系數(shù)，r為電池內(nèi)阻，Y為與內(nèi)阻有關(guān)的修正系數(shù)。一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置及檢測方法，由于采用了上述的 結(jié)構(gòu)和測試方法，通過信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后電池的電壓、 電流變化，電池溫度，電池余量，實(shí)現(xiàn)對電池內(nèi)阻的在線監(jiān)測，通過電池性能 的計算公式求得電池內(nèi)阻，并將此值作為修正電池性能的一個參數(shù)。通過量化 的電池性能(S0F)數(shù)據(jù)與模擬電池性能(S0F)的曲線和電池性能(S0F)與循 環(huán)關(guān)系的曲線，預(yù)測電池性能(S0F);根據(jù)預(yù)測的電池性能(S0F)，修正電池 的工作區(qū)間，提高混合動力汽車電池的效率和壽命。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明； 圖1為本發(fā)明用于混合動力汽車電池性能檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明信號采集單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為模擬電池充、放電循環(huán)的曲線圖； 圖4為電池性能(S0F)與循環(huán)關(guān)系的曲線圖； 圖5為電池工作區(qū)間示意圖；圖6為電池性能與電池工作區(qū)間關(guān)系的曲線圖； 圖7為電流中斷法測量電池內(nèi)阻曲線圖；圖8為一定溫度下，電池內(nèi)阻與電池荷電狀態(tài)SOC的關(guān)系曲線圖； 圖9為混合動力汽車電池性能檢測方法流程圖；在圖l、圖2中，1、發(fā)動機(jī)；2、電機(jī)；3、整車控制器；4、電池管理控制 器；5、逆變器；6、電池；7、電流傳感器；8、溫度傳感器。
具體實(shí)施方式
下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及 的控制系統(tǒng)與檢測裝置之間的相互位置及連接關(guān)系、各系統(tǒng)的作用及工作原理、 測試方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。如圖l、圖2所示， 一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置，包括與發(fā)動 機(jī)1同軸連接的電機(jī)2、逆變器5、整車控制器3、與電池管理控制器4電連接 的電池6，所述的電池管理控制器4內(nèi)設(shè)有信號采集單元。所述的信號采集單元 是電池管理控制器4的一部分，由電流傳感器7、溫度傳感器8、信號處理電路 等組成，電池管理控制器4提供電流傳感器7及溫度傳感器8的電源，并連接 電流傳感器7及溫度傳感器8輸出信號接口，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換通道采集電流信 號、溫度信號、電壓信號。信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后的電池電壓、電流變化，求得 電池內(nèi)阻，并將此值作為修正電池性能的一個參數(shù)，電池性能的預(yù)測則是通過 定義一個電池充放電循環(huán)，并通過實(shí)驗的方法確定電池充放電循環(huán)與電池性能 的關(guān)系，并考慮電池工作溫度、電池充放電電流對性能預(yù)測的影響。參見圖3 圖8，圖3為模擬電池充、放電循環(huán)的曲線圖。如圖所示，在0 tl 這段時間模擬發(fā)動機(jī)起動，這段時間電流很大，但持續(xù)時間短；tl t2這段時間模 擬電池的常規(guī)放電工況；t2 t3期間模擬電池的峰值充電；t3 t4期間模擬電池 的常規(guī)充電工況；t4 t5模擬電池的休息.圖4是電池性能(S0F)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線圖；如圖所示，新電池在開 始使用的一段時間內(nèi)，電池性能雖循環(huán)次數(shù)增加，當(dāng)達(dá)到一定程度，電池性能隨 使用次數(shù)增加而降低，當(dāng)電池循環(huán)次數(shù)達(dá)到N2次，電池性能將隨電池使用次數(shù)快 速下降。通常情況下，電池內(nèi)阻是一個變化非常緩慢的量，與電池荷電狀態(tài)、溫度及電池老化程度有關(guān)。圖5為電池的工作區(qū)間示意圖，電池工作區(qū)間分成過充緩沖區(qū)、工作區(qū)和 過放區(qū)，根據(jù)不同的電池余量SOC，控制電池的充放電，這種工作區(qū)間未考慮電 池性能對電池工作區(qū)間的影響。圖6為電池性能與電池工作區(qū)間的關(guān)系的曲線圖，如圖所示，當(dāng)電池性能S0F二1時，電池的工作區(qū)間較寬，電池余量SOC值也較高，當(dāng)電池性能SOF較低 時，電池工作區(qū)間較窄，電池余量SOC值相應(yīng)降低。圖7為本發(fā)明提供的電流中斷法測量電池內(nèi)阻曲線，如圖所示，電池在恒 流放電過程中，中斷放電一段時間，并以至少lKHz的采樣速率記錄這個過程的電壓數(shù)據(jù)。圖8為一定溫度下，電池內(nèi)阻與S0C的關(guān)系曲線圖，電池在一定電池余量 S0C范圍內(nèi)，內(nèi)阻可看成一個恒值，當(dāng)電池余量SOC小于某值，電池內(nèi)阻將增加。參見圖9混合動力汽車電池性能檢測方法流程圖； 一種用于混合動力汽車 電池性能檢測裝置的檢測方法，該方法包含下例步驟；a) 初始化步驟；通過檢測裝置設(shè)定電池充、放電循環(huán)次數(shù)；b) 采集步驟；通過信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程的電池電壓VI，起動 電流Il，發(fā)動機(jī)起動后電池電壓V2，電池電流I2;電池充、放電循環(huán)時電池溫 度，放電時的電池余量SOC;連續(xù)采集發(fā)動機(jī)起動過程中10個點(diǎn)變化的電壓U1 U10和10個點(diǎn)變化的電流I1 110，連續(xù)采集發(fā)動機(jī)起動后IO個點(diǎn)變化的電 壓U10 U20和10個點(diǎn)變化的電流110~120。d)計算步驟1;根據(jù)采集步驟采集的信號計算出VI、 II， V2、 12，并通過 內(nèi)阻計算公式Rbatt= (V2-V1) / (I卜I2)計算電池的內(nèi)阻；測量方法參考 了 CEI-IEC60896-21標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的直流法測電池內(nèi)阻的方法，通過了大量的實(shí)驗，驗證了此方法測量的電池內(nèi)阻具有較高的精度。e) 計算步驟2;根據(jù)采集步驟采集的信號，計算步驟1計算電池的內(nèi)阻，通過計算公式將電池性能S0F這個變量，簡化成一個可量化的電池性能S0F數(shù) 據(jù)；電池每完成n次充放電循環(huán)，更新一次電池性能(S0F)值，并通過內(nèi)阻做修正。f) 預(yù)測步驟；根據(jù)計算步驟2量化的電池性能S0F數(shù)據(jù)與模擬電池充、放 電循環(huán)的曲線，電池性能SOF與循環(huán)關(guān)系的曲線，預(yù)測電池性能SOF。g) 修正步驟；根據(jù)預(yù)測步驟預(yù)測的電池性能SOF，修正電池的工作區(qū)間。如 圖6所示，電池性能SOF值不同，電池的工作區(qū)間就不同，這種根據(jù)電池性能， 靈活地確定電池工作區(qū)間的方法可延長電池的使用壽命，保證當(dāng)電池在性能較 差時，電池在較窄的工作區(qū)間工作。所述的計算公式為電池性能SOF = 1-2 a *W+Y*r， a與工作溫度有關(guān)的 系統(tǒng)，W為與工作電流有關(guān)的系數(shù)，r為電池內(nèi)阻，Y為與內(nèi)阻有關(guān)的修正系數(shù)。 電池每完成n次充放電循環(huán)，更新一次SOF值，并通過內(nèi)阻做修正。為確定電 池循環(huán)次數(shù)與電池性能之間的關(guān)系，本發(fā)明根據(jù)電池的使用工況，如圖3所示， 定義了一個電池充放電循環(huán)。綜上所述，本發(fā)明定義了混合動力電池使用工況，提出了根據(jù)電池使用循 環(huán)次數(shù)預(yù)測電池性能的方法，為保證預(yù)測的精度，考慮了電池溫度、充放電電 流對性能預(yù)測的影響，并通過電池內(nèi)阻修正電池內(nèi)阻，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用 于車輛的電池內(nèi)阻計算方法，可實(shí)現(xiàn)對電池內(nèi)阻的在線監(jiān)測。本發(fā)明提供的方法主要用于預(yù)測電池性能，其預(yù)測電池性能的原理是通過 累加電池充放電循環(huán)次數(shù)，本發(fā)明用于車輛的電池充放電循環(huán)工況，通過電池 實(shí)驗確定電池充放電次數(shù)與電池性能的map曲線，但實(shí)驗數(shù)據(jù)是在確定的溫度下，設(shè)定的電流下完成的，因此需要考慮不同電池溫度、電池充放電電流對其影響。本發(fā)明將抽象的電池性能量化成可確定的S0F值，計算SOF的方法是通過 修正后的電池循環(huán)次數(shù)査表求出電池S0F，并通過電池內(nèi)阻給出修正。本發(fā)明提供的內(nèi)阻計算方法其原理是通過采集電流變化過程中的電壓變 化，根據(jù)電流變化前后的電壓變化與電流變化的比值計算內(nèi)阻，由于，在發(fā)動 機(jī)起動過程中，電池電流變化明顯，易于計算數(shù)值變化差，因此，本發(fā)明通過 采集發(fā)動機(jī)起動過程中電壓及電流變化差計算電池內(nèi)阻。本發(fā)明在提供電池性能預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，又提出了一種根據(jù)電池性能， 管理電池工作區(qū)間的方法，如圖4所示，電池性能SOF值不同，電池的工作區(qū) 間就不同，這種根據(jù)電池性能，靈活地確定電池工作區(qū)間的方法可延長電池的 使用壽命，保證當(dāng)電池在性能較差時，電池在較窄的工作區(qū)間工作。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性 的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置，包括與發(fā)動機(jī)(1)、同軸連接的電機(jī)(2)、逆變器(5)、整車控制器(3)、與電池管理控制器(4)電連接的電池(6)，其特征在于所述的電池管理控制器(4)內(nèi)設(shè)有信號采集單元；所述的信號采集單元，用于采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后電池(6)的電壓、電流變化，電池溫度，電池余量，通過電池性能的計算公式求得電池內(nèi)阻，并將此值作為修正電池性能的一個參數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置，其 特征在于所述的信號采集單元，由電流傳感器(7)、溫度傳感器(8)、信號 處理電路組成，電池管理控制器(4)提供電流傳感器(7)及溫度傳感器(8) 的電源，并連接電流傳感器及溫度傳感器輸出信號接口。
3、 一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置的檢測方法，該方法包含下例 步驟；a) 初始化步驟；通過檢測裝置設(shè)定電池充、放電循環(huán)次數(shù)；b) 采集步驟；通過信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程的電池電壓VI，起動 電流Il，發(fā)動機(jī)起動后電池電壓V2，電池電流I2;電池充、放電循環(huán)時電池溫 度，放電時的電池余量(SOC);d) 計算步驟1;根據(jù)采集步驟采集的信號通過內(nèi)阻計算公式Rbatt二 (V2-V1) / (11-12)計算電池的內(nèi)阻；e) 計算步驟2;根據(jù)采集步驟采集的信號，計算步驟l計算電池的內(nèi)阻， 通過計算公式將電池性能(S0F)這個變量，簡化成一個可量化的電池性能(S0F) 數(shù)據(jù)；電池每完成n次充放電循環(huán)，更新一次電池性能(S0F)值，并通過內(nèi)阻 做修正；f) 預(yù)測步驟；根據(jù)計算步驟2量化的電池性能(S0F)數(shù)據(jù)與模擬電池充、放電循環(huán)的曲線和電池性能(S0F)與循環(huán)關(guān)系的曲線，預(yù)測電池性能(S0F); g)修正步驟；根據(jù)預(yù)測步驟預(yù)測的電池性能(S0F)，修正電池的工作區(qū)間。 4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置的檢測方法，所述的計算公式為電池性能(S0F ) = 1-S a*vi/+Y*r， ci與工作溫度有關(guān)的系統(tǒng)，^為與工作電流有關(guān)的系數(shù)，r為電池內(nèi)阻，Y為與內(nèi)阻有關(guān)的修正系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置及檢測方法，所述的檢測裝置，包括發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、與電池管理單元電連接的電池，其特征在于所述的電池管理系統(tǒng)還與信號采集單元相連接。由于采用了上述的結(jié)構(gòu)和測試方法，通過信號采集單元采集發(fā)動機(jī)起動過程及起動后電池的電壓、電流變化，電池溫度，電池余量，實(shí)現(xiàn)對電池內(nèi)阻的在線監(jiān)測，通過電池性能的計算公式求得電池內(nèi)阻，并將此值作為修正電池性能的一個參數(shù)。通過量化的電池性能(SOF)數(shù)據(jù)與模擬電池性能(SOF)的曲線和電池性能(SOF)與循環(huán)關(guān)系的曲線，預(yù)測電池性能(SOF)；根據(jù)預(yù)測的電池性能(SOF)，修正電池的工作區(qū)間，提高混合動力汽車電池的效率和壽命。
文檔編號H01M10/46GK101276949SQ20081009364
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者東 朱, 燕 李, 韓友國, 馬建新, 剛 黎 申請人:奇瑞汽車股份有限公司