CN107315147A - 一种动力电池soc动态估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及动力电池的管理技术，其公开了一种动力电池SOC动态估算方法，实现简单、准确地对动力电池SOC进行动态估算。本发明中，若使用开路电压法估算SOC值，会根据温度特征做一定的补偿，补偿后的SOC与Volume作为本次上电的初始值，若不需使用开路电压法，则将从EEPROM中读取的SOC与Volume直接作为本次上电的初始值；然后，在正常的充放电状态下根据充放电电流Ic、Id按安时积分法获得当前电池容量Volume，在充电状态下根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn对电池容量Volume及SOC进行修正，在放电状态下根据放电电流大小及此种放电电流条件下放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn对电池容量Volume及SOC进行修正。

Description

一种动力电池SOC动态估算方法
技术领域
本发明涉及动力电池的管理技术，具体涉及动力电池SOC(剩余电量)动态估算方法。
背景技术
随着汽车的普及与空气质量的不断恶化，节能环保的新能源车尤其是电动汽车成为世界汽车工业技术创新的重要方向，这也是可持续发展的必然选择。当前作为新能源汽车或电动汽车的动力源的动力电池相关技术成为制约电动汽车发展的一个关键技术之一，而为能使动力电池安全可靠运行，保障电池安全，延长电池使用时间，必须对电池的充放电过程进行有效的管理，这其中最重要的是对电池剩余电量SOC的准确判断。
SOC是体现电池状态的主要参数之一，它可以为整车控制策略提供判断依据。因此，准确的判断电池组的SOC能更好的管理整个电池组的充放电，保障电池的安全，延长电池使用寿命，避免发生安全事故。
影响电池SOC的因素有很多，如温度、充放电电流大小、内阻等，而SOC与这些因素之间并非线性关系，这就决定了很难通过某一因素判断电池的SOC状态，因此如何利用影响电池SOC的因素对电池的剩余电量进行精确预测，一直以来都是动力电池管理***的首要问题和技术难题。
目前电池管理***的SOC算法主要包括安时积分法、开路电压法、内阻法、卡尔曼滤波法及神经网络模型算法等，安时积分法因其简单易行被广泛采用，但它容易产生累计误差，致使SOC判断越来越不准；开路电压法只要电池模型准确就能准确预测其SOC，但它只限于在静态时即电路开路时使用，实际使用中多是作为辅助测算；内阻法也能较准确判断电池SOC，但由于影响电池内容的因素很多，很难将内阻法用于电池的SOC测量；卡尔曼滤波算法及神经网络算法也是这几年比较流行的算法，但原理较为复杂，实现起来比较困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种动力电池SOC动态估算方法，实现简单、准确地对动力电池SOC进行动态估算。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种动力电池SOC动态估算方法，包括：
a.在电池管理***上电后，读取存储器模块中的剩余电量SOC和容量Volume值；
b.判断读取的SOC和Volume值是否在规定范围之内，若是，则将读取的SOC和Volume值作为本次上电的初始值，进入步骤d；否则，进入步骤c；
c.使用开路电压法估算SOC和Volume值，并根据采集到的温度状态对SOC和Volume值进行补偿，将补偿后的SOC和Volume值作为本次上电的初始值，进入步骤d；
d.在正常充放电流程中，根据采集到的电流值判断电池的工作状态，并根据电池的相应工作状态进行处理：
若电池为非充电和非放电状态时，则当前SOC和Volume值保持不变；
若电池为充电状态，则根据充电电流Ic，按安时积分法获得当前电池容量Volume值，并计算SOC；然后根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正；将修正后的SOC和Volume值存入存储器模块中；
若电池为放电状态，则根据放电电流Id，按安时积分法获得当前电池容量Volume值，并计算SOC；然后根据该放电电流条件下对应的放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn
(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正；将修正后的SOC和Volume值存入存储器模块中。
作为进一步优化，该方法在步骤a之前，还包括步骤：
a0.通过实验获取充电状态下电池电压与SOC曲线的N个SOC值及其对应的电池电压CV1～CVN，并通过实验获取M种放电状态下电池电压与SOC的曲线关系，并在每种特定放电电流曲线上标注N个SOC值及其对应电池电压DV1～DVN。
作为进一步优化，步骤d中，在电池为充电状态下，所述根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正，具体包括：
若当前电池电压大于某一特定值CVt时，依据充电曲线上SOC及其对应电压修正点CV1～CVN的关系进行修正：若计算的SOC小于充电曲线上当前电压所在修正点CVN对应的SOC值时，将计算的SOC值修正为CVN对应的SOC。
作为进一步优化，步骤d中，在电池为放电状态下，所述根据该放电电流条件下对应的放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正，具体包括：
当电池电压小于某一特定值DVt时,开始对电池SOC及Volume值进行修正：
首先判断放电电流大小Id，找出Id条件下对应的放电曲线，根据放电曲线上SOC及其对应电压修正点DV1～DVN的关系进行修正：若计算的SOC大于放电曲线上当前电压所在修正点DVN对应的SOC时，将SOC修正为DVN对应的SOC。
作为进一步优化，步骤d中，在电池为充电状态下，按安时积分法获得当前电池容量Volume值的方法为：
读取上一时间段的容量VQ，通过安时积分法获取本时间段的的安时积分容量VZ，将VQ与VZ相加即获得当前电池容量Volume值。
作为进一步优化，步骤d中，在电池为放电状态下，按安时积分法获得当前电池容量Volume值的方法为：
读取上一时间段的容量VQ，通过安时积分法获取本时间段的的安时积分容量VZ，利用VQ减去VZ即获得当前电池容量Volume值。
作为进一步优化，所述电池管理***包括：
参数采集模块、主控制器模块及存储模块；
所述参数采集模块用于采集电池组的单体电压、极值电压、充放电电流及温度值；
主控制器用于实时计算动力电池组当前容量并根据电压及电流状态修正SOC。
本发明的有益效果是：
通过建立动态SOC估算模型对采集的电池电压、电池温度、充放电电流进行处理，并根据电池充放电曲线若干SOC点及其对应电压点对电池SOC进行修正或补偿，达到精确估算动力电池SOC的目的；
本发明能根据不同参数情况动态的估算电池SOC，防止电池使用中出现过充过放的情况，有效延长电池使用寿命，提高电池安全使用等级。
附图说明
图1是实验测得的动力电池充电状态下SOC与电池电压的关系图；
图2是实验测得的动力电池在特定放电电流下SOC与电池电压的关系曲线；
图3是实施例中上电之初动力电池SOC估算算法流程图；
图4是实施例中正常充放电状态下动力电池SOC动态估算算法流程图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种动力电池SOC动态估算方法，实现简单、准确地对动力电池SOC进行动态估算。其核心思想为：在电池管理***上电后根据EEPROM中的SOC与Volume确定是否使用开路电压法估算SOC值，若使用开路电压法估算SOC值，会根据温度特征做一定的补偿，补偿后的SOC与Volume作为本次上电的初始值，若不需使用开路电压法，则将从EEPROM中读取的SOC与Volume直接作为本次上电的初始值；
然后，在正常的充放电状态下根据充放电电流Ic、Id按安时积分法获得当前电池容量Volume，在充电状态下根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn对电池容量Volume及SOC进行修正，在放电状态下根据放电电流大小及此种放电电流条件下放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn对电池容量Volume及SOC进行修正。最后将修正之后的电池容量Volume及SOC存入EEPROM中。
下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：
本实施例的动力电池SOC动态估算方法包括以下步骤：
1、多次重复试验获取动力电池充电曲线上SOC及其修正点电压CV1～CVN的对应关系，其中N为修正点的个数，如图1所示；
通过多次重复试验获取动力电池在M种放电电流情况下放电曲线，每一个放电曲线上均有N个SOC点及其电压修正点DV1～DVN的对应关系，其中一种特定放电电流情况下SOC与电压修正点DV1～DVN的关系如图2所示；
2、电池管理***上电后首先读取存储在EEPROM中的SOC及Volume信息，判断SOC及Volume是否在规定范围内，若不在规定范围内则依据开路电压法估算电池SOC及Volume，并根据采集到的温度状态对该SOC及Volume进行补偿，算法流程如图3所示，处理完毕切换到正常充放电循环检测状态中；若SOC及Volume在规定范围内，则直接切换到正常充放电循环检测状态中；
3、在正常充放电流程中首先根据采集到的电流值判断电池处于充电状态、放电状态或非充非放的状态，如图4所示；
4、当电池处于非充非放状态时，当前SOC及Volume值保持不变；
5、当电池处于充电状态时，将前一时间段的容量VQ加上本时间段的的安时积分容量VZ就是当前的电池容量VD，并计算当前SOCD，若当前电池电压大于某一特定值CVt时依据充电曲线上SOC及其对应电压修正点CV1-CVN的关系进行修正：当SOCD小于当前电压对应充电曲线上的电压修正点CVN对应的SOC时，将SOCD修正为CVN对应的SOC，并且保证充电时SOC的修正只能正向修正，即朝着SOC增加的方向修正；
6、当电池处于放电状态时，将前一时间段的容量VQ减去本时间段的安时积分容量VZ就是当前的电池容量VD，并计算当前SOCD，当电池电压小于某一特定值DVt时开始对电池SOC及Volume进行修正：首先判断放电电流大小Id，找出Id条件下的放电曲线上当前电压所在修正点DVN对应的SOC，当SOCD大于DVN对应的SOC时，将SOC修正为DVN对应的SOC，并且保证放电时SOC的修正只能正向修正，即朝着SOC减小的方向修正；
7、最后将修正后的SOC及Volume值存入EEPROM中。

Claims (8)

1.一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，包括：
a.在电池管理***上电后，读取存储器模块中的剩余电量SOC和容量Volume值；
b.判断读取的SOC和Volume值是否在规定范围之内，若是，则将读取的SOC和Volume值作为本次上电的初始值，进入步骤d；否则，进入步骤c；
c.使用开路电压法估算SOC和Volume值，并根据采集到的温度状态对SOC和Volume值进行补偿，将补偿后的SOC和Volume值作为本次上电的初始值，进入步骤d；
d.在正常充放电流程中，根据采集到的电流值判断电池的工作状态，并根据电池的相应工作状态进行处理：
若电池为非充电和非放电状态时，则当前SOC和Volume值保持不变；
若电池为充电状态，则根据充电电流Ic，按安时积分法获得当前电池容量Volume值，并计算SOC；然后根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正；将修正后的SOC和Volume值存入存储器模块中；
若电池为放电状态，则根据放电电流Id，按安时积分法获得当前电池容量Volume值，并计算SOC；然后根据该放电电流条件下对应的放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正；将修正后的SOC和Volume值存入存储器模块中。
2.如权利要求1所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，该方法在步骤a之前，还包括步骤：
a0.通过实验获取充电状态下电池电压与SOC曲线的N个SOC值及其对应的电池电压CV1～CVN，并通过实验获取M种放电状态下电池电压与SOC的曲线关系，并在每种特定放电电流曲线上标注N个SOC值及其对应电池电压DV1～DVN。
3.如权利要求2所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，步骤d中，在电池为充电状态下，所述根据充电曲线的SOC及其对应电池电压点CVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正，具体包括：
若当前电池电压大于某一特定值CVt时，依据充电曲线上SOC及其对应电压修正点CV1～CVN的关系进行修正：若计算的SOC小于充电曲线上当前电压所在修正点CVN对应的SOC值时，将计算的SOC值修正为CVN对应的SOC。
4.如权利要求3所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，步骤d中，在电池为充电状态下，按安时积分法获得当前电池容量Volume值的方法为：
读取上一时间段的容量VQ，通过安时积分法获取本时间段的的安时积分容量VZ，将VQ与VZ相加即获得当前电池容量Volume值。
5.如权利要求2所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，步骤d中，在电池为放电状态下，所述根据该放电电流条件下对应的放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正，具体包括：
当电池电压小于某一特定值DVt时,开始对电池SOC及Volume值进行修正：
首先判断放电电流大小Id，找出Id条件下对应的放电曲线，根据放电曲线上SOC及其对应电压修正点DV1～DVN的关系进行修正：若计算的SOC大于放电曲线上当前电压所在修正点DVN对应的SOC时，将SOC修正为DVN对应的SOC。
6.如权利要求5所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，步骤d中，在电池为放电状态下，所述根据该放电电流条件下对应的放电曲线的SOC及其对应电池电压点DVn(n＝1～N，N为曲线上电压点的个数)对当前电池容量Volume值及计算的SOC进行修正，具体包括：
当电池电压小于某一特定值DVt时,开始对电池SOC及Volume值进行修正：
首先判断放电电流大小Id，找出Id条件下对应的放电曲线，根据放电曲线上SOC及其对应电压修正点DV1～DVN的关系进行修正：若计算的SOC大于放电曲线上当前电压所在修正点DVN对应的SOC时，将SOC修正为DVN对应的SOC。
7.如权利要求6所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，步骤d中，在电池为放电状态下，按安时积分法获得当前电池容量Volume值的方法为：
读取上一时间段的容量VQ，通过安时积分法获取本时间段的的安时积分容量VZ，利用VQ减去VZ即获得当前电池容量Volume值。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种动力电池SOC动态估算方法，其特征在于，所述电池管理***包括：
参数采集模块、主控制器模块及存储模块；
所述参数采集模块用于采集电池组的单体电压、极值电压、充放电电流及温度值；
主控制器用于实时计算动力电池组当前容量并根据电压及电流状态修正SOC。
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