CN108931727A - 一种电动汽车电池剩余容量估算方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池剩余容量估算方法及***，该方法包括：通过实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值，然后获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。本发明可以准确估算获得电池的开路电压估计值，从而匹配获得电池的SOC估计值，计算误差小，估算准确度高，可获得较为精确的SOC估计值，可广泛应用于电动汽车电池的控制领域中。

Description

一种电动汽车电池剩余容量估算方法及***

技术领域

本发明涉及电动汽车电池参数计算领域，特别是涉及一种电动汽车电池剩余容量估算方法及***。

背景技术

名词解释：

OCV：全称Open Circuit Voltage，开路电压；

SOC：全称State of Charge，荷电状态，也称剩余容量。

在电动汽车中，通常使用开路电压OCV来对电池SOC进行估算。然而电池开路电压OCV的精度与SOC区间范围有关。同时在电动汽车使用过程中OCV是动态变化的，很难用于对电池SOC进行估算，只有等车辆静置一段时间后，此时的OCV与SOC才有严格的一一对应关系。导致的问题是目前电动汽车SOC估算不准确。另外，目前还有采用安时计算方法估计电池SOC的方案，这种方案会导致误差的引入，需要对车辆静置一段时间后采用OCV对SOC进行修正处理。总的来说，目前的方案存在估算误差比较大，估算不准确的问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种电动汽车电池剩余容量估算方法，本发明的另一目的是提供一种电动汽车电池剩余容量估算***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电动汽车电池剩余容量估算方法，包括步骤：

实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

进一步，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。

进一步，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。

进一步，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

进一步，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

一种电动汽车电池剩余容量估算***，包括：

第一模块，用于实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

第二模块，用于获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

进一步，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。

进一步，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。

进一步，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

进一步，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。

本发明的有益效果是：本发明的一种电动汽车电池剩余容量估算方法，通过实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值，然后获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值，本方法可以准确估算获得电池的开路电压估计值，从而匹配获得电池的SOC估计值，本方法计算误差小，估算准确度高，可获得较为精确的SOC估计值。

本发明的另一有益效果是：本发明的一种电动汽车电池剩余容量估算***，通过实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值，然后获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值，本***可以准确估算获得电池的开路电压估计值，从而匹配获得电池的SOC估计值，本方法计算误差小，估算准确度高，可获得较为精确的SOC估计值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是电动汽车整车***的结构示意图；

图2是本发明建立的电动汽车电池的二阶RC等效电路模型的示意图。

具体实施方式

参照图1，图1展示了电动汽车整车***的结构示意图，包括电池包12、整车用电装置14、电压检测装置16、电流检测装置18和控制***20，电池包12可以为三元锂电池或者磷酸铁锂电池等。整车用电装置14包括多个用电模块。控制***20，控制电池包12的外部高压输出，通常控制***20为电池管理***。电压检测装置16用于检测电池包外部电压，电流检测装置18检测电池包12的输出电流，电流可能为正也可能为负，电流为负表示对电池包充电。控制***20通过电压检测装置16和电流检测装置18检测电池包12的信息，比如电池包12的额定容量，电流、电压等，并对电池包12建立参数方程。本发明是基于图1的电动汽车整车***实行的。

首先，本发明提供了一种电动汽车电池剩余容量估算方法，包括步骤：

实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

进一步作为优选的实施方式，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。建立的二阶RC等效电路模型如图2所示，其中，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻，I、V依次表示电池的电流和电池端电压，本实施例中，I、V指电池采样获得的电流值和电压值。

进一步作为优选的实施方式，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。通过采集电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系后，建立对应关系表，本方法通过对电池开路电压进行精确估算，克服了现有技术中电池开路电压估算不准确而导致的电池SOC估算误差大的问题。

进一步作为优选的实施方式，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

进一步作为优选的实施方式，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，下标x,k和I,k的作用是用于区分两个单位矩阵，无特殊含义，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。

系数矩阵F_k可以为任意矩阵，只要满足上式即可。

本发明还提供了与前述电动汽车电池剩余容量估算方法一一对应的一种电动汽车电池剩余容量估算***，包括：

第一模块，用于实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

第二模块，用于获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

进一步作为优选的实施方式，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。

进一步作为优选的实施方式，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。

进一步作为优选的实施方式，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

进一步作为优选的实施方式，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电池剩余容量估算方法，其特征在于，包括步骤：

实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池剩余容量估算方法，其特征在于，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电池剩余容量估算方法，其特征在于，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。

4.根据权利要求2所述的一种电动汽车电池剩余容量估算方法，其特征在于，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车电池剩余容量估算方法，其特征在于，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。

6.一种电动汽车电池剩余容量估算***，其特征在于，包括：

第一模块，用于实时采集电池的电压和电流，结合电池参数的边界条件，根据预设的电池的状态方程，计算出电池的开路电压估计值；

第二模块，用于获取预设的电池开路电压与SOC的对应关系表，根据开路电压估计值，匹配获得电池的SOC估计值。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车电池剩余容量估算***，其特征在于，所述电池的状态方程是通过以下方式建立的：

建立电动汽车电池的二阶RC等效电路模型后，结合电池参数，建立电池的状态方程。

8.根据权利要求6所述的一种电动汽车电池剩余容量估算***，其特征在于，所述电池开路电压与SOC的对应关系表是指电动汽车在静置情况下的电池开路电压与SOC的一一对应关系。

9.根据权利要求7所述的一种电动汽车电池剩余容量估算***，其特征在于，所述电池的状态方程如下；

上式中，A_k、B_k、C_k、D_k分别表示状态方程的第一参数矩阵、第二参数矩阵、第三参数矩阵、第四参数矩阵，ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k依次表示A_k、B_k、C_k、D_k的变化值，A_k、B_k、C_k、D_k通过以下公式计算：

C_k＝[1 1 1]，D_k＝R；

其中，k表示当前状态值，k+1表示更新后的状态值，V_df、V_dl、C_df、C_dl、V_ocv、R_ct、R_df依次表示电池的二阶RC等效电路模型的扩散电压、双层电压、扩散电容、双层电容、开路电压、电荷传递内阻和扩散内阻，R表示电池内阻T表示对电池的采样周期，I、V依次表示对电池采样获得的电流值和电压值，μ表示开路电压V_ocv与电流值I的关系因子。

10.根据权利要求9所述的一种电动汽车电池剩余容量估算***，其特征在于，所述电池参数的边界条件的表达式如下：

上式中，H_A,k、H_B,k、H_C,k、H_D,k依次表示ΔA_k、ΔB_k、ΔC_k、ΔD_k的元素边界的矩阵，G_x,k和G_I,k表示两个不同的单位矩阵，F_k表示一系数矩阵，且与其转置矩阵F_k ^T满足下式：

F_k ^TF_k≤1。