CN107015162A - 一种用于锌溴液流电池的soc在线校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，通过BMS运行校准程序，在电池充放电时对电池的SOC进行校准，该方法包括如下：充电校正步骤：首先判断是否启动充电校正，若是，判断是否满足充电截止条件，若满足，计算充电开始至充电截止时间段内充电电量Ec，计算SOC值，若计算的SOC不等于100％，则将SOC置为100％；放电校正步骤：首先判断是否满足放电校正启动条件，若满足，判断放电是否截止，若是，计算放电开始至放电结束时间段内放电电量Ed，计算此时SOC值，若计算得到的SOC值不等于0，则将SOC置为0。本发明的优点在于：在充放电换接对SOC进行在线校正，不需要人工定期校准，不仅提高SOC的测量精度，也大大减少了锌溴电池***的维护工作量。

Description

一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法

技术领域

本发明涉及电池管理领域，特别涉及锌溴液流电池的SOC在线校准方法。

背景技术

SOC，是英文荷电状态(State of Charge)的缩写，是反映储能电池剩余容量的一个重要参数，其数值上定义为电池剩余容量占电池容量的比值，用百分数表示。

这个参量不是直接测量出来的，而是通过间接量计算出的，是对剩余电量的预估，由于电池所能放出的容量要受放电率、电池的温度、电池充放电循环次数、自放电率、电池使用时间等诸多因素的影响,因此表示电池容量状态很难准确计算，甚至有人用到了“估算”这个词，估算的精度是一般在10％左右(国家标准规定的SOC精度为不大于10％)。

估算有多种算法，常用的一种算法是通过对电池在充电或放电时的电量积分来估计电池的，并根据电池的温度、放电率对SOC值进行补偿，但问题是在估计电池SOC时通常未对电池的自然老化和循环次数进行补偿，因此得到的SOC估计存在较大的误差，并会随着时间的推移其误差越来越大，为了消除这种误差，每隔一段时间就要对SOC进行一次离线校准，校准的方法为：

(1)将电池完全放空；

(2)再给电池以恒功率充电满电至截止；

(3)再将电池完全放电放空；

在此过程中需要外接电能表以计量充满电时的电能Ec和电池放空时的电能Ed,反复三次，以Ec来校准SOC＝100，以Ed来校淮SOC＝0。

这个校准过程只能离线进行，还要受现场应用环境的约束，所以只能间隔一段时间进行，少则一个月多则一年，因为在校对结束后需要把新的参数写入到电池管理***(BCS)中去，所以这个校准过程只能由专业人员进行。

现有校准过程离线进行的，它有如下缺点：

(1)离线进行

现有校准过程为了得到Ec和Ed，需要接入第三方电能计量仪表，只能离线进行；

(2)有时间间隔

离线校准一般在实验室进行，已投入运行的电池受现场应用环境的约束，不可能经常进行校准，只能间隔一段时间进行，这个间隔少则一个月多则一年；

(3)SOC精度受校准间隔的长短影响

因校准有时间间隔，SOC的测量精度受随校准间隔的长短影响，间隔越长精度越低,为了保证精度在10％以内，就要缩减校准间隔，缩短校准周期则增加电池的维护工作量；

(4)校准过程只能由专业人员进行

在校准结束后需要把新的参数用专用工具写入到电池控制***(BCS)中去，所以这个校准过程只能由专业人员进行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，利用锌溴电池能100％深度充放电的技术特性，借助于锌溴电池在工作过程中的每一次能放空电量的机会实现自动校准，这个校准过程是在线的且随时可以进行，不仅提高SOC的测量精度，也大大减少了锌溴电池***的维护工作量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，通过电池管理***BMS运行校准程序，在电池充放电时对电池的SOC进行校准，该方法包括充电校正步骤和放电校正步骤，

充电校正步骤：首先判断是否启动充电校正，若是，判断是否满足充电截止条件，若满足，计算充电开始至充电截止时间段内充电电量Ec，计算SOC值，若计算的SOC不等于100％，则将SOC置为100％；

放电校正步骤：首先判断是否满足放电校正启动条件，若满足，判断放电是否截止，若是，计算放电开始至放电结束时间段内放电电量Ed，计算此时SOC值，若计算得到的SOC值不等于0，则将SOC置为0。

计算充电开始至充电截止时间段内的充电量Ec的方法为：

在满足充电校正后，检测充电电流，对充电电流积分计算出Ec，Ec计算公式为：

其中：i(τ)实时电流值，η_c为库伦效率，t为充电开始至充电截止的时间。

在充电校正步骤中，记录计算的SOC值与100％之间的偏差值，在偏差值大于设定偏差时，发出警示信号。

启动充电校正的条件为：电池处于充电状态且电池由SOC为0时开始充电。

充电校正步骤中，在计算的SOC不等于100％时，将电池的总容量Cn置为Ec。

判断充电截止的方法为：充电电流在设定的时间内连续小于截止电流0.1A。

启动放电校正的条件为：电池处于放电状态且放电起始时SOC值为100％。

判断放电截止的条件为：电池端电压在设定的时间内连续小于放电截止电压。

放电校正步骤中，在计算的SOC不等于0时，将Cn置为Ed。

在达到放电截止条件后，循环记录放电次数，放电次数加1并保存在BMS中。

所述的Ed的计算方法为：检测放电电流，对放电电流积分得出放电电量Ed，Ed的计算公式为

其中，T为放电开始至放电截止的时间。

在放电矫正步骤和充电校正步骤中，检测放电温度和充电温度，根据放电温度和充电温度得出温度校正系数，对计算得到的Ed和Ec进行校正，其校正方法为将计算的Ed和Ec乘以相对应的温度校正系数后作为校正后的充电电量Ec和放电电量Ed。

本发明的优点在于：利用锌溴电池能100％深度充放电的技术特性，借助于锌溴电池在工作过程中的每一次能放空电量的机会实现自动校准，无须额外硬件，通过BMS中的BCU实现该方法即可，这个校准过程是在线的且随时可以进行。解决了现有技术中需要定期校准环节，不仅提高SOC的测量精度，也大大减少了锌溴电池***的维护工作量。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明校准方法的硬件组成原理图；

图2为本发明SOC在线校正方法流程图；

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，为BMS电池管理***的框图，本实施例通过BMS***采用本发明校正方法即可显示不需要外加硬件组成。BMS***包括电流采集、电压采集、温度采集等采集模块，BMS***中的主控制器为BCU，校正方法步骤有BCU执行，BCU同时连接有用于显示SOC的显示单元。

如图2所示，为BCU执行的校正程序的方法流程图，该方法通过电池管理***BMS运行校准程序，在电池充放电时对电池的SOC进行校准。校准包括两个步骤：充电校正步骤和放电校正步骤，

首先判断是否启动充电校正步骤，启动充电校正步骤的条件是电池处于充电状态且电池由SOC为0时开始充电。若未处于充电状态或者不是SOC由0开始充电的，均不启动充电校正步骤。在启动充电校正步骤后，检测充电电流、计算充电开始至充电截止时间段内充电电量Ec，判断是否充电截止，若充电截止则可以计算出充电开始至充电截止的时间t，进而计算出时间t内的充电电量Ec；根据电量Ec可以求出计算得到的SOC值，若SOC值等于100％，则说明此时BMS***对于荷电量SOC的检测是准确的不需要校正，此时不进行校正操作；若此时计算的SOC值不等于100％，记录下计算的SOC值与100％之间的偏差值，将BMS中SOC值置为100％。由于充电校正步骤是由电池放空开始充电即SOC由0开始充电，那么充电电量Ec即为电池的总的容量，通过Ec校正电池的容量Cn，将Ec的值替换给Cn，Cn更新容量。

在充电量Ec的计算上，其中一种实施方式为通过电流积分法，电流积分法，通过实时检测充电过程中的电流数据，来计算充电开始至充电截止时间段内的充电电量，其计算公式为：

其中：i(τ)实时电流值，η_c为库伦效率，t为充电开始至充电截止的时间。在充电开始和充电截止的这段时间内，实时检测电流的变化以电流积分方式求出总的时间端内的充电量Ec。由电量Ec求SOC的公式为：

其中，SOC(0)是充电开始时SOC值，在充电校正步骤是由电池放空开始充电的，此时SOC(0)＝0，计算SOC的值即为充电电量Ec与容量Cn的比值，若充电电量等于容量，此时计算的SOC等于100％，不进行校正，若计算的SOC不等于100％，将SOC值置为100％，同时更新容量值Cn为Ec的值，将电池容量Cn更新，减少电池管理***对于SOC管理的误差。

在充电校正步骤中，为了及时了解电池的性能，在每次校正时会记录相应的计算得到的SOC与100％之间的偏差值，在偏差值大于设定的阀值时也会给出警示信号，提醒该电池性能容量下降过快，满足报废要求。如SOC偏差阀值可以设置为5％，在偏差值大于该阀值，则认为此时电池状态处于可进行报废状态，给出报警提醒，由BCS给出报警信号。

这里充电截止条件采用充电截止电流来进行判断，为了防止偶然因素造成的充电电流突然达到充电截止电流而带来的误判。这里充电截止判断方法采用在设定的时间段内持续的小于截止电流来判断，当出现小于截止电流时刻起，后续连续的设定时间内均小于截止电流，则认为出现截止电流的时刻即为充电截止时刻。如充电截止电流为0.1A，在出现小于0.1A的电流时刻，持续检测后续5s内的电流数据，若5s内持续小于0.1A，则认为5s前的时刻第一次出现小于0.1A时为充电截止时刻。

放电校正步骤与充电校正步骤为并列的校正步骤，在满足相对应的校正条件后，进入相对应的校正步骤中。其中一种方式为判断不满足充电校正条件后判断是否满足放电校正步骤，若不满足放电校正步骤，则再次返回判断充电校正，直至进入充电或放电的校正步骤中。

在放电校正步骤中，首先判断是否满足放电校正启动条件，放电校正启动条件是电池处于放电状态且放电起始SOC为100％。若满足，检测放电电流，通过电流积分法计算放电开始至放电截止时间段内的放电量Ed，通过放电截止判断条件判断放电是否截止，得到截止时刻，进而计算出放电开始至放电截止的时间，从而计算出Ed。通过Ed计算出SOC值，若SOC值等于0，说明此事BMS不需要校正，此时记录下放电次数，将放电次数加1，保存放电次数，完成放电校正步骤；若计算的SOC不等于0，说明电池需要进行校正，此时将SOC置为0，由于放电校正步骤SOC是由100％也就是满电量放电至放空状态，那么放电量Ed即为电池的容量，将Ed作为修正电池容量，可以提高BMS自身监控SOC的准确性，将电池容量Cn置为Ed。此时Ed即为电池实际的容量。

在Ed的计算上，可以通过电流积分法对放电开始至放电截止时间段内的电量进行计算，其计算公式为：

其中，T为放电开始至放电截止的时间，i(τ)实时放电电流值，η_c为库伦效率。

在放点开始至放点截止的时间段内，通过Ed求解SOC，由于放电过程中，SOC是由100％放电的，那么SOC(0)＝100％，放出的电量Ed与容量Cn的比值即为消耗的电量占总电量的百分比，进而可以得出放电后的SOC计算公式为：

计算的SOC值即为100％减去放电消耗的电量百分比，电量消耗的百分比为已知。Ed是放电开始100％时到电池完全放空时的电量，根据公式计算得到SOC等于0，那么说明电池状态正常，电池容量等于放电量Ed，不进行校正操作，仅记录下放电次数，即在放电次数加1并将放电次数保存在BMS中。若此时SOC根据公式计算得到的值不等于0，那么说明电池需要校正，此时将SOC置为0，更新电池容量Cn，将电池容量Cn置为Ed值，校正电池容量。

放电截止条件是在设置的时间内连续检测到小于放电截止电压的电压值。为了防止偶然误差带来的放电截止的误判，在检测到小于截止电压的时刻后还继续检测5s来判断是否是截止，若连续5s均检测到小于截止电压，则认为此时放电截止，首次检测到小于截止电压的时刻即为放电截止时刻，从而可以计算得到放点开始到放电截止的时间T，计算Ed、SOC值。

由于放电电量和充电电量是受温度影响的数据，在校正SOC是其中一个重要目的是通过充电电量或者放电电量校正容量，因此充电电量和放电电量的准确是整个校正的关键因素。因此对计算得到的Ed和Ec进行温度校正，首先根据放电温度和充电温度确定温度校正系数，然后将计算得到Ed或Ec乘以温度校正系数，相乘的结果作为实际的Ed或Ec，用温度校正过的Ed、Ec作为容量Cn的校正值，从而确保Cn值的准确。这里温度校正系数是根据电池特性在电池出厂时实验得到的数据信息，不同的类型的电池在相同温度下的温度校正系数是不同的，这里不做详细限定。

本发明的一种方法，无须额外硬件，经对锌溴电池的BCS按此方法进行修改，已成功的应于现有产品，经应用验证，SOC的精度可控制在3％以内，且无须额外校准工作量。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：通过电池管理***BMS运行校准程序，在电池充放电时对电池的SOC进行校准，该方法包括充电校正步骤和放电校正步骤，

充电校正步骤：首先判断是否启动充电校正，若是，判断是否满足充电截止条件，若满足，计算充电开始至充电截止时间段内充电电量Ec，计算SOC值，若计算的SOC不等于100％，则将SOC置为100％；

放电校正步骤：首先判断是否满足放电校正启动条件，若满足，判断放电是否截止，若是，计算放电开始至放电结束时间段内放电电量Ed，计算此时SOC值，若计算得到的SOC值不等于0，则将SOC置为0。

2.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：计算充电开始至充电截止时间段内的充电量Ec的方法为：

在满足充电校正后，检测充电电流，对充电电流积分计算出Ec，Ec计算公式为：

其中：i(τ)实时电流值，η_c为库伦效率，t为充电开始至充电截止的时间。

3.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：在充电校正步骤中，记录计算的SOC值与100％之间的偏差值，在偏差值大于设定偏差时，发出警示信号。

4.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：启动充电校正的条件为：电池处于充电状态且电池由SOC为0时开始充电。

5.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：充电校正步骤中，在计算的SOC不等于100％时，将电池的总容量Cn置为Ec。

6.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：判断充电截止的方法为：充电电流在设定的时间内连续小于截止电流0.1A。

7.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：启动放电校正的条件为：电池处于放电状态且放电起始时SOC值为100％。

8.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：判断放电截止的条件为：电池端电压在设定的时间内连续小于放电截止电压。

9.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：放电校正步骤中，在计算的SOC不等于0时，将Cn置为Ed。

10.如权利要求1所述的一种用于锌溴液流电池的SOC在线校准方法，其特征在于：在达到放电截止条件后，循环记录放电次数，放电次数加1并保存在BMS中。