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1、 硕士学硕士学位论文位论文 (工程硕士) 锂离子电池 SOC 估算研究 RESEARCH ON LITHIUM-ION BATTERY SOC ESTIMATION 王雷王雷 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 2013 年年 06 月月 国内图书分类号：TM912 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开 工程硕士工程硕士学位论文学位论文 锂离子电池 SOC 估算研究 硕 士 研 究 生 ： 王雷 导 师 ： 张东来教授 副导师 ： 庞观士高级工程师 申请学位 ： 工程硕士 工程领域 ： 电气工程 所 在 单 位 ： 研祥智能科技股份有限公司 答 辩 日 期 ： 2013 年 6
2、月 授予学位单位 ：哈尔滨工业大学 Classified Index: TM912 U.D.C: 621 Dissertation for the Masters Degree of Engineering R RESEAESEAR RCHCH O ON N LITHIUMLITHIUM- -ION BATTERY SOC ESTIMATION ION BATTERY SOC ESTIMATION Candidate： Wang Lei Supervisor： Prof.Zhang Donglai Associate Supervisor： Prof. Pang Guanshi Academi
3、c Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Electrical Engineering Affiliation： EVOC Intelligent Technology Co., LTD. Date of Defence： June, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 - I - 摘摘 要要 锂离子电池由于其自身的诸多优点目前已经越来越多的取代镍氢， 镍镉以及 铅酸等电池，在工业以及商业应用中，成为人们二次电源的优先选择
4、。 锂离子电池在系统中进行充放电循环时，电池工作的电流，电压，以及温度 还有剩余容量以及老化程度等，成为人们需要关注的参数，特别是温度和剩余容 量及使用状态等参数， 对于用户预判电池状态并采取预防措施至关重要。目前相 关的方法研究已经比较成熟，如 TI 已有相关的电池工作状态管理芯片应用于 BMS（电池管理系统）中，已经在汽车电子等方面广泛应用，但在一般的普通 手持终端及便携产品上，电池的使用状态监控还比较简单，如一般的剩余容量仅 是通过对整体容量进行电压等级划分，对应不同电压进行不同容量的指示，误差 较大，终端使用中经常出现显示还有两格电量，但功放打开发射后，立即低电压 保护关机，特别是在户
5、外以及涉及到生命安全的场合，电池 SOC 估算误差太大 可能导致用户判断失误，危及生命财产安全。 本文通过选取 103450 锂离子电池进行循环放电试验，结合模糊控制理论思 路对电池生命周期的放电区间采取等容量法进行划分， 通过函数拟合和电压容量 补偿的方法，尝试一种比较新型的锂离子电池 SOC 估算方法，通过选取测试电 压点和一定时间间隔对方法进行了验证。 此方法与一般的单纯电压估算法和安时 估算法比较，测试时间短，估算精度较高，测量简单易行。另外，估算方法可以 结合实际需要以及测量仪器精度等实际情况，进行估算时间的调整，可以在较短 时间内对电池容量以及对应时间的 SOC 进行估算，帮助使用
6、者及时判断电池使 用状态，对电池进行维护和保养。 关键词： SOC 估算；锂离子电池；容量预估； Abstract - - Abstract The lithium ion battery due to its many advantages has more and more replaced nickel metal hydride, nickel cadmium and lead-acid batteries in industrial and commercial applications, more and more become the first choice of the se
7、condary power source. Lithium-ion battery systems in charge and discharge cycles, the battery current, voltage, and temperature as well as the remaining capacity and the degree of aging, etc., people need to focus on the parameters, in particular temperature and remaining capacity, and the use of st
8、ate parameters, is essential for the user to determine the battery status and take preventive measures. Relevance detection studies have been more mature, such as TI have been related to the battery state management chip used in the BMS (battery Management System) has been widely used in automotive
9、electronics, but in an ordinary hand-held terminal and portable vehicles, the state of use of the battery condition monitoring is still relatively simple, such as the remaining capacity of only divided by the overall capacity of the voltage level corresponding to different voltages for different cap
10、acities instructions, deviation is too big, that often appear there is two grid electricity in terminal vehicles，but the power amplifier open after launch, low-voltage protection act immediately，cause system shut down, especially in the outdoors, and it may come to the safety of the occasion, if the
11、 batterys SOC estimation deviation is too large, may lead to user errors of judgment, endanger the safety of life and property. Select 103450 model lithium-ion battery discharge cycle test, Combination of fuzzy control theory method, the discharge of the batterys life cycle interval divided by the s
12、ame volume interval method，with the function fitting and voltage compensation， try a new lithium-ion batterys SOC estimation method, select the test voltage point and a certain time interval method validation this method. This method compared with the general estimation method of a simple voltage an
13、d current integral estimation method, the test time is short, the estimation accuracy is high, and the measurement is simple. In addition，estimation methods can be combined with the actual needs and measuring instruments precision of the actual situation, to adjust the estimated time, Estimates the
14、battery capacity and the corresponding time batterys SOC in the relatively short period of time, To help users determine the battery status in time, and provides a reference for the care and maintenance of the battery. Keywords: SOC estimation, lithium-ion battery, Capacity estimation 目 录 - III - 目
15、录 摘 要 I ABSTRACT . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题的提出及其意义 1 1.2 锂离子电池的电化学反应原理 2 1.3 SOC 的定义 4 1.4 SOC 估算方法的研究现状 5 1.4.1 电压法和安时法 SOC 估算 7 1.4.2 较新型的 SOC 估算方法 . 7 1.5 本课题 SOC 估算方法介绍 9 第 2 章 锂离子电池基本特性分析 . 10 2.1 锂离子电池电压相关参数分析 10 2.1.1 锂离子电池电压与容量的关系 . 10 2.1.2 锂离子电池电压与内阻的关系 . 11 2.1.3 锂离子电池电压与温度的关系 . 13 2.2 影响锂
16、离子容量估算参数分析 14 2.2.1 锂离子电池容量与电压及内阻的关系 . 14 2.2.2 放电倍率对容量估算的影响 . 15 2.3 本章小结 15 第 3 章 多型号锂电池基本特性分析 . 17 3.1 无线通信系统和电池的模型建立 17 3.2 多型号锂电池的基本特性分析 . 19 3.2.1 多型号锂电池端电压与容量关系 19 3.2.2 充放电倍率与锂电池容量的关系 20 3.3 本章小结 22 第 4 章 锂离子电池 SOC 估算 . 23 4.1 锂离子电池 SOC 测试系统介绍 23 目 录 - IV - 4.2 测试样品介绍 24 4.3 锂离子电池 SOC 估算流程说明 25 4.4 锂离子电池 SOC 估算方法介绍 27 4.4.1 锂离子电池基础放电区间划分 27 4.4.2 放电曲线回归函数确定 32 4.4.3 锂离子电池 SOC 估算方法 . 34 4.5 锂离子电池 SOC 估算方法扩展 41 4.6 本章小结 42 第 5 章 锂离子电池
