CN104865533B

CN104865533B - 车载电源soc高精度显示方法

Info

Publication number: CN104865533B
Application number: CN201510211825.2A
Authority: CN
Inventors: 唐金成
Original assignee: JIANGSU ZHONGLIANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: JIANGSU ZHONGLIANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: CN104865533A

Abstract

本发明公开了一种车载电源SOC高精度显示方法，以充电电量表的数值W_充（t）除以步骤4）中得到的额定电量值Wmax，再加上充电前的SOC显示值SOC_充前（t），即可算出并且显示每时每刻SOC的精确数值SOC_充（t），以放电前的SOC显示值SOC_放前（t）减去放电电量表数值W_放（t）除以步骤4）中得到的额定电量值Wmax，即可算出并且显示出放电时SOC的精确数值SOC_放（t）。从上述方法可知，本发明的车载电源SOC高精度显示方法，SOC的计算方式是通过电压进行矫正，电量进行计算，相比于传统电压比的SOC显示方法，不仅成本较低、比较容易实现，而且还提高了车辆SOC显示的准确性以及可靠性。

Description

车载电源SOC高精度显示方法

技术领域

本发明涉及现代社会电动车行业的SOC显示领域，具体涉及一种车载电源SOC高精度显示方法。

背景技术

随着全球经济发展以及能源环保等问题的日益突出，汽车等产业向节约能源的绿色汽车业转型，电动车以零排放和噪声低等优点成为节能环保汽车发展的主要方向之一。作为电动车的关键动力部分，动力电池的重要性不言而喻。而动力电池的SOC显示则成为动力电池管理工作的关键内容，是电动汽车走向人们生活的重要部分。SOC，即指荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池额定容量的百分比。传统的SOC显示估算策略主要有：

①电实验法

放电实验法估算电池荷电状态（SOC）是比较准确的预估方法，它采用恒流持续放电，放电电流与时间的乘积即为放出的电量。放电实验法常常被使用来标定电池的容量，该方法适用于所有电池。但也存在明显的缺点：首先，充放电试验需要花费大量时间；其次，放电实验法不能用于工作中的电池。该方法主要适用于实验室和电动汽车维修中。

②安时计量法

安时计量法（ampere hour，简称 AH）是最常用的 SOC 估计方法，安时计量法的原理是将电池在不同电流下的放电电量等价为某个具体电流下的放电电量。

安时计量法计算电池 SOC 是相对较简单的方法，该方法只是关注该***的外部特征，在电量估算过程中，只关心流进和流出电池的电量。安时计量法采用积分法实时计算电池充入与放出的容量，通过长时间记录与计算电池的电量，最终可得到电池在某一时刻所剩余电量。该方法容易实现，但由于没有从电池内部得到电池 SOC 与充放电电量的关系，只是记录充放电电量，从而会导致电池 SOC累计误差，结果精度较低，而且该方法不能确定电池的初始值。综合考虑电池 SOC的影响因素，进行电量补偿，可以适当提高安时计量法的精度。在SOC初值准确的情况下，可以用于各种电动汽车电池。

③开路电压法

开路电压法的思想是使用电池的开路电压和电池 SOC 或容量的对应关系，通过检测电池的开路电压估计电池 SOC。该方法的优点是可以准确预估电池的初始值，其缺点，首先在充放电中开路电压不能直接测量；其次，电池在充电或者放电后，需要很长一段时间才能稳定。开路电压法简单，但是很难单独使用于电池SOC 动态估计。适用于铅酸电池，电动汽车驻车状态。

④线性模型法

线性模糊算法是基于SOC变化量、电流、电压和上一个时间点SOC值，建立的线性方程：

β₀β₁β₂β₃为利用参考数据，通过最小二乘法得到的系数，没有特别的物理意义。适用于低电流、SOC缓变的情况以及铅酸电池。

⑤内阻法

内阻测量法是用不同频率的交流电激励电池，测量电池内部交流电阻，并通过建立的计算模型得到 SOC 估计值。该方法测量得到的电池荷电状态反映了电池在某特定恒流放电条件下的SOC值。由于电池SOC和内阻不存在一一对应的关系，不可能用一个数学来准确建模。所以，该方法很少使用于电动车辆。

⑥卡尔曼滤波法

卡尔曼滤波法，是建立在安时积分法的基础之上的。卡尔曼滤波法的主要思想，是对动力***的状态做出最小方差意义上的最优估计。该方法应用于电池 SOC估计，电池被视为一动力***，荷电状态为***的一个内部状态。

该***被用来的输入项有：电池电流、环境温度、电池剩余容量、欧姆内阻以及极化内阻等变量，***的输出为：电池的工作电压。由于电池等效模型确定的非线性方程，在计算过程中要线性化。预估电池荷电状态方法的核心思想是包括荷电状态估计值和反映估计误差的、协方差矩阵的递归方程，协方差矩阵用来给出估算误差范围。卡尔曼滤波法在实际运用中矩阵运算量大，需要高运算能力的单片机。

⑦神经网络法

神经网络法具有非线性的基本特性，该***外部输入，能得到对应的输出，所以可用来模拟电池动态特性，被用来预估电池荷电状态。预估电池荷电状态的神经网络层主要有 3 层：输入、输出以及中间层；估计电池荷电状态，常常被用来输入的变量如：电压、电流、放出电量、环境温度、电池内阻等。神经网络法的估算精度取决于合适的神经网络输入变量，恰当的变量数量。神经网络法的不足是需要许多的参考数据来训练，受训练数据和训练方法对估算误差的影响较大。

从上述分析以及结合现实观察可知，各个估算方法都存在着各自的缺点；由图2可知，现在电动车主要使用的是铅酸电池，并且使用开路电压与蓄电池组的额定电压的比值方法来实现SOC的显示。该方法虽然在行驶的过程中能够较为精确的显示出电量的剩余量，但是由于其测量的仅仅是蓄电池组的电压值，随着蓄电池组的电压降低，其电量的消耗也越来越快，到后期电压SOC的值会很快的降到最低点。因此，该方法并不能很好的控制蓄电池的电量大小以及蓄电池的续航能力，也就有为SOC的显示提出新的方法以便能够实时的反应出蓄电池组的电量以及预判出蓄电池组的续航能力等的必要。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种车载电源SOC高精度显示方法，SOC的计算方式是通过电压进行矫正，电量进行计算，相比于传统电压比的SOC显示方法，不仅成本较低、比较容易实现，而且还提高了车辆SOC显示的准确性以及可靠性；另外，不管电动车是出于负载状态还是充电状态，均可实现SOC每一个时刻显示的值均是与车载电源实际电量相比较为准确的值，并且消除传统电动车停下时定动车的SOC显示虚值现象。

本发明所采取的技术方案是：

车载电源SOC高精度显示方法，包括以下步骤：

1）预先将蓄电池组的电量全部放完，并对完全放电后的蓄电池组进行充电，同时通过充电电量表W1记录蓄电池组的充电电量，当蓄电池组的电量充满时，记录下充电电量表W1的数值W1max，即蓄电池组的最大充电的电量值；

2）电量充满后的蓄电池组进行放电，同时通过放电电量表W2记录蓄电池组的放电电量，当蓄电池组的电量充电已经全部放完，记录下放电电量表W2的数值W2max，即蓄电池组的最大放电的电量值；

3）取W1max与W2max的平均值作为蓄电池组的额定电量值Wmax’；

4）重复进行步骤1）、2）和3），得出多个Wmax’，对得到的多个Wmax’取平均值作为最终的电池额定电量值Wmax；

5）标定SOC：

在充电过程中，用充电电量表记录下的数值为充进蓄电池组里面的总电量W_充（t），根据从开始充电到充电当前，以充电电量表的数值W_充（t）除以步骤4）中得到的额定电量值Wmax，再加上充电前的SOC显示值SOC_充前（t），即可算出并且显示每时每刻SOC的精确数值SOC_充（t），具体数学描述如下所示：

充电时：

其中SOC_充前（t）表示充电前的电量， W_充（t）表示当前时刻已经充进蓄电池组的总电量，SOC_充（t）表示充电时蓄电池组中的电量占总电量的百分比；

在放电过程中，用放电电量表记录下的数值为蓄电池组里面的所释放的总电量W_放（t），根据从开始放电到放电当前，以放电前的SOC显示值SOC_放前（t）减去放电电量表数值W_放（t）除以步骤4）中得到的额定电量值Wmax，即可算出并且显示出放电时SOC的精确数值SOC_放（t），具体数学描述如下所示：

放电时：

其中SOC_放前（t）表示放电前的电量， W_放（t）表示当前时刻蓄电池组放出的总电量，SOC_放（t）表示放电时蓄电池组中的电量占总电量的百分比。

本发明进一步改进方案是，所述步骤1）和步骤2）中，当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umin’时，认为蓄电池组的电量全部放完；当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umax’时，认为蓄电池组的电量充电已经充满；将蓄电池组进行多次完全充放电之后，根据电池管理***BMS每次采集出放电后和充电后蓄电池电池组中所有电池的额定电压平均值Umin和Umax，即电池组平均电压能够达到的最小电压值和电池组平均电压能够达到的最大电压值，并对多次测得的Umin和Umax分别计算各自的平均值Umin’和Umax’。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，当W1max与W2max的差值小于或等于W1max与W2max中较小数值的X%时，对测得的数据W1max与W2max计算平均值作为蓄电池组的额定电量值Wmax’ ，所述X的值在3~10的范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，重复步骤1）、2）、3）后，有效的蓄电池组的额定电量值Wmax’的数量大于100个。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，其中SOC_充前（t）表示蓄电池组充电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umin’时蓄电池组的电量，定义SOC_充前（t）=0；其中SOC_放前（t）表示蓄电池组放电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umax’时电池组的电量，定义SOC_放前（t）=100%。

本发明更进一步改进方案是，所述充电电量表W1和放电电量表W2为单向的电量表。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的车载电源SOC高精度显示方法，SOC的计算方式是通过电压进行矫正，电量进行计算，相比于传统电压比的SOC显示方法，不仅成本较低、比较容易实现，而且还提高了车辆SOC显示的准确性以及可靠性。

第二、本发明的车载电源SOC高精度显示方法，不管电动车是出于负载状态还是充电状态，均可实现SOC每一个时刻显示的值均是与车载电源实际电量相比较为准确的值，并且消除传统电动车停下时定动车的SOC显示虚值现象。

附图说明：

图1为本发明的电路示意图。

图2为传统SOC显示方法的电路示意图。

图3为本发明的充电试验中电池电量和时间的坐标图。

图4为本发明的放电试验中电池电量和时间的坐标图。

具体实施方式：

如图1可知，车载电源SOC高精度显示方法，包括以下步骤：

3）取W1max与W2max的平均值作为蓄电池组的额定电量值Wmax’；

5）标定SOC：

充电时：

放电时：

所述步骤1）和步骤2）中，当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umin’时，认为蓄电池组的电量全部放完；当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umax’时，认为蓄电池组的电量充电已经充满；将蓄电池组进行多次完全充放电之后，根据电池管理***BMS每次采集出放电后和充电后蓄电池电池组中所有电池的额定电压平均值Umin和Umax，即电池组平均电压能够达到的最小电压值和电池组平均电压能够达到的最大电压值，并对多次测得的Umin和Umax分别计算各自的平均值Umin’和Umax’。

所述步骤3）中，当W1max与W2max的差值小于或等于W1max与W2max中较小数值的X%时，对测得的数据W1max与W2max计算平均值作为蓄电池组的额定电量值Wmax’ ，所述X的值在3~10的范围内（本实施例中，X的值为5）。

所述步骤4）中，重复步骤1）、2）、3）后，有效的蓄电池组的额定电量值Wmax’的数量大于100个（本实施例中，有效的蓄电池组的额定电量值Wmax’的数量为1000）。

所述步骤5）中，其中SOC_充前（t）表示蓄电池组充电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umin’时蓄电池组的电量，定义SOC_充前（t）=0；其中SOC_放前（t）表示蓄电池组放电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umax’时电池组的电量，定义SOC_放前（t）=100%。

所述充电电量表W1和放电电量表W2为单向的电量表。

以本申请人生产的样车为例，电池组容量22OAH，整车电源是由500节单体串联组成，单体标称电压1.2V，则整车标称电压为600V，电池的总电量为132kWH；对电池组进行1000次的充放电，并通过电池管理***（BMS）记录了每次电池组中每个电池充满电和完全放电后的电压值，并对电池组每次充放电的总电量通过充电电量表W1和放电电量表W2进行记录，经过计算可得电池组平均值分别为Umin=1.0V， Umax=1.45V，即设定单体电池放电的终止止电压为1.0V，充电的截止电压为1.45V， Umin’=500.0V，Umax’=725.00V，根据充电电量表W1和放电电量表W2所记录的数值，计算出平均值之后，得到充电或放电的电量均约为100kWH，即这100kWH即为电池组的可用电量；当出现单体电池电压小于等于1.0V时，我们定义SOC充前（t）=0，当出现单体电压大于等于1.45V时，SOC放前（t）=100%。并对1.0V~1.45V区间内的电压值平均分配成100份，每一份分别对应S0C数显值的1%。

Claims

1.车载电源SOC高精度显示方法，其特征在于包括以下步骤：

3）当W1max与W2max的差值小于或等于W1max与W2max中较小数值的X%时，对测得的数据W1max与W2max计算平均值作为蓄电池组的额定电量值Wmax’，所述X的值在3~10的范围内；

5）标定SOC：

充电时：

放电时：

2.如权利要求1所述的车载电源SOC高精度显示方法，其特征在于：所述步骤1）和步骤2）中，当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umin’时，认为蓄电池组的电量全部放完；当蓄电池组所有电池的平均电压值为Umax’时，认为蓄电池组的电量充电已经充满；将蓄电池组进行多次完全充放电之后，根据电池管理***BMS每次采集出放电后和充电后蓄电池电池组中所有电池的额定电压平均值Umin和Umax，即电池组平均电压能够达到的最小电压值和电池组平均电压能够达到的最大电压值，并对多次测得的Umin和Umax分别计算各自的平均值Umin’和Umax’。

3.如权利要求1所述的车载电源SOC高精度显示方法，其特征在于：所述步骤4）中，重复步骤1）、2）、3）后，有效的蓄电池组的额定电量值Wmax’的数量大于100个。

4.如权利要求2所述的车载电源SOC高精度显示方法，其特征在于：所述步骤5）中，其中SOC_充前（t）表示蓄电池组充电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umin’时蓄电池组的电量，定义SOC_充前（t）=0；其中SOC_放前（t）表示蓄电池组放电前的电量，即当电池的额定电压平均值为Umax’时电池组的电量，定义SOC_放前（t）=100%。

5.如权利要求1或2其中任意一项所述的车载电源SOC高精度显示方法，其特征在于：所述充电电量表W1和放电电量表W2为单向的电量表。