CN109581243A - 估算电池的soc的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供一种估算电池的SOC的方法和装置，估算电池的SOC的方法包括基于预设方法确定所述电池的计算SOC；确定所述电池的观测SOC；确定所述观测SOC相对于所述计算SOC的准确系数；以及基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC。本发明所述的估算电池的SOC的方法提高了估算电池的SOC的准确度。

Description

估算电池的SOC的方法和装置

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种估算电池的SOC的方法和装置。

背景技术

目前三元锂电池的SOC的估算策略主要还是以Ah积分为主。但Ah积分法计算SOC在充电初期和末期效果不很好，使准确估计SOC具有很大难度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种估算电池的SOC的方法和装置，以提高估算SOC的准确度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一个方面提供一种估算电池的SOC的方法，所述方法包括：基于预设方法确定所述电池的计算SOC；确定所述电池的观测SOC；确定所述观测SOC相对于所述计算SOC的准确系数；以及基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC。

进一步的，所述观测SOC基于所述电池的开路电压及模糊查表而被确定。

进一步的，所述基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC包括基于以下公式确定所述估算SOC：SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁，其中，SOC₂为所述估算SOC，α为所述准确系数，SOC₀为所述计算SOC，SOC₁为所述观测SOC。

进一步的，所述准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：对所述电池充电的充电电流、所述电池的温度。。

进一步的，在所述准确系数基于所述充电电流被确定的情况下，所述准确系数基于以下中的一者而被确定：当所述充电电流为对所述电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，所述准确系数处于第一预设范围内；当所述充电电流处于预设充电电流范围内时，所述准确系数处于第二预设范围内，其中，当所述充电电流处于所述预设充电电流范围内时，所述电池处于平稳充电状态；以及当所述充电电流为所述充电设备的最大充电电流时，所述准确系数处于第三预设范围内，其中，所述第一预设范围小于所述第二预设范围，所述第二预设范围小于所述第三预设范围。

相对于现有技术，本发明所述的估算电池的SOC的方法具有以下优势：不是仅以基于预设方法确定的电池的计算SOC作为估算出的电池的SOC，而是结合观测SOC及观测SOC相对于计算SOC的准确系数来确定电池的估算SOC，该准确系数可以根据实际情况下结合观测SOC对计算SOC进行调整以确定更加符合实际情况的估算SOC，如此，经过准确系数及观测SOC对计算SOC的调整，估算出的电池的SOC更加符合实际情况，如此，提高了估算电池的SOC的准确度。

本发明的另一目的在于提出一种估算电池的SOC的装置，以提高估算SOC的准确度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种估算电池的SOC的装置，所述装置包括：计算模块，用于基于预设方法确定所述电池的计算SOC；第一确定模块，用于确定所述电池的观测SOC；第二确定模块，用于确定所述观测SOC相对于所述计算SOC的准确系数；第三确定模块，用于基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC。

进一步的，所述观测SOC基于所述电池的开路电压及模糊查表而被确定。

进一步的，所述第三确定模块基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC包括基于以下公式确定所述估算SOC：SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁，其中，SOC₂为所述估算SOC，α为所述准确系数，SOC₀为所述计算SOC，SOC₁为所述观测SOC。

进一步的，所述准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：对所述电池充电的充电电流、所述电池的温度。

进一步的，在所述准确系数基于所述充电电流被确定的情况下，所述准确系数基于以下中的一者而被确定：当所述充电电流为对所述电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，所述准确系数处于第一预设范围内；当所述充电电流处于预设充电电流范围内时，所述准确系数处于第二预设范围内，其中，当所述充电电流处于所述预设充电电流范围内时，所述电池处于平稳充电状态；以及当所述充电电流为所述充电设备的最大充电电流时，所述准确系数处于第三预设范围内，其中，所述第一预设范围小于所述第二预设范围，所述第二预设范围小于所述第三预设范围。

所述估算电池的SOC的装置与上述估算电池的SOC的方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的估算电池的SOC的方法的流程图；

图2是本发明另一实施例提供的估算电池的SOC的方法的逻辑示意图；以及

图3为本发明另一实施例提供的估算电池的SOC的装置的结构框图。

附图标记说明：

1 计算模块 2 第一确定模块

3 第二确定模块 4 第三确定模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例的一个方面提供一种估算电池的SOC的方法。图1是本发明一实施例提供的估算电池的SOC的方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下内容。

在步骤S10中，基于预设方法确定电池的计算SOC。其中，预设方法可以是Ah积分，还可以是开路电压法、神经网络法、卡尔曼滤波法或内阻法。

其中，Ah积分为通过计算一段时间内电流和充放电时间的积分，计算变化电流的百分比，初始化SOC₀和变化△SOC的差，即为剩余容量SOC。SOC状态计算公式为：

公式中，SOC_m当前剩余容量，SOC_n初始化剩余容量，C为实际容量，η为充放电效率，I为电池电流。

充电SOC计算：以充电电流为负电流，计算电流Ah积分为负数，即△SOC为负数，当前SOC计算公式为：SOC＝SOC₀+ΔSOC，充电时，累计充电Ah，SOC最高限制在100％。

在步骤S11中，确定电池的观测SOC。其中，确定观测SOC可以是根据观测的外参数计算得到的，其中主要的计算方法有模型计算、模糊查表等。可选地，外参数可以包括开路电压。例如，通过电位仪测试开路电压。具体地，根据开路电压通过模糊查表确定观测SOC。例如，利用开路电压通过查询OCV-SOC表来得出观测SOC。以充电过程中不同充电电流、不同电池的温度对应的充电过程的数据为基础，建立不同温度、不同充电电流的变化曲线，并以此为主要数据依据建立SOC数据库。其中，所建立的SOC数据库即为上述的OCV-SOC表。

在步骤S12中，确定观测SOC相对于计算SOC的准确系数，该准确系数表示观测SOC相对于计算SOC的准确程度。准确系数实际上所代表的物理学意义和卡尔曼增益思想类似，就是衡量观测值(对应于本发明实施例中所述的观测SOC)与估算值(对应于本发明实施例中所述的计算SOC)的准确度关系，准确系数大代表观测值的准确度越高，反之就表示估算值的可信度更大。准确系数可以根据实际情况在估算电池的SOC时在计算SOC和观测SOC之间进行调整，从而使得确定出的电池的估算SOC更加符合实际情况。在本发明实施例中，确定准确系数可以是基于不同温度工况点的模糊计算法。简言之就是通过对不同的工况来进行试验得出各个工况点的观测值与估算值之间的可信度关系，根据需要修正的时刻所对应的工况来确定该时刻的准确系数的值。可选地，准确系数可以基于以下中的一者或多者而被确定：为电池充电的充电电流、电池的温度。也就是，在本发明实施例中，可以根据充电电流及电池的温度中的一者或多者确定该时刻的工况，进而确定此时的准确系数的值，换言之，根据充电电流和电池的温度中的一者或多者来确定准确系数。

在步骤S13中，基于计算SOC、观测SOC和准确系数确定电池的估算SOC。

本发明实施例提供的估算电池的SOC的方法不是仅以基于预设方法确定的电池的计算SOC作为估算出的电池的SOC，而是结合观测SOC及观测SOC相对于计算SOC的准确系数来确定电池的估算SOC，该准确系数可以根据实际情况下结合观测SOC对计算SOC进行调整以确定更加符合实际情况的估算SOC，如此，经过准确系数及观测SOC对计算SOC的调整，估算出的电池的SOC更加符合实际情况，如此，提高了估算电池的SOC的准确度。

提高估算SOC的准确度，可以最终给到整车更加精准的剩余能量预测，整车通过综合工况及效率值，预估出更加精准的剩余行驶里程。

电池充电SOC估算的准确度对于电芯寿命有很大的影响，混动汽车需要将SOC始终控制在适合的区域内，从而实现节能减排(SOC不能太高，确保刹车能量尽可能多的回收)。更加准确的测量SOC和更加准确的控制SOC，可以实现一系列更加精准的电池管理，如安全快速的充电管理(包括符合通用标准的快充、带均衡的维护性慢充)、运行时动态峰值充放电功率运算目标实现最大化能量使用、充分保证电池不受伤害，从而保证电池的寿命。此外，还可以通过强大的存储分析***，记录下用户操作习惯，针对易影响电池使用性能及寿命的工况进行***优化。

可选地，在本发明实施例中，基于计算SOC、观测SOC和准确系数确定电池的估算SOC包括基于以下公式确定估算SOC：

SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁

其中，SOC₂为估算SOC，α为准确系数，SOC₀为计算SOC，SOC₁为观测SOC。准确系数实际上所代表的物理学意义和卡尔曼增益类似，衡量了观测SOC与计算SOC的准确度关系。准确系数越大代表观测值的准确度越高，反之表示计算SOC的可信度更大。

可选地，在本发明实施例中，准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：为电池充电的充电电流、电池的温度。

可选地，在本发明实施例中，在准确系数基于充电电流被确定的情况下，准确系数基于以下中的一者而被确定：当充电电流为对电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，准确系数处于第一预设范围内；当充电电流处于预设充电电流范围内时，准确系数处于第二预设范围内，其中，当充电电流处于预设充电电流范围内时，电池处于平稳充电状态；以及当充电电流为充电设备的最大充电电流时，准确系数处于第三预设范围内，其中，第一预设范围小于第二预设范围，第二预设范围小于第三预设范围。第一预设范围可以是以0.05为中心并无限接近于0.05的范围，第二预设范围可以是大于或等于0.6并小于0.9，第三预设范围可以是大于或等于0.9并小于1.0。

当充电电流为电池设备的最小充电电流时，电池的观测电压(该处所述的观测电压即为电池的开路电压)的变化主要是由于极化效应的消去所造成的，这种情况下观测电压的连续变化会导致观测SOC的虚假波动，此时准确系数的取值应该尽可能的小，以减小极化效应的误修正。当充电电流处于预设充电电流范围内时，电池处于平稳充电状态，此时，长期平稳电流的充电过程中，观测SOC有着很大的准确度，此时对计算SOC的修正应该快速准确。而且，若充电电流较大，则更需要加快修正，及时的提供给整车控制器准确的SOC，计算合适的整车策略。此时，相比于充电电流最小的状态时，准确系数应该取较大的值。当充电电流为其最大充电电流时，观测SOC有着更大的准确度，相比于电池处于平稳充电的状态，准确系数应该取更大的值。但是，当充电电流最大时，电池的观测电压由于极化效应会有一定的滞后性，所以观测SOC也会有相应的滞后性，准确系数的取值应该小一些；但是相比于电池平稳充电时，准确系数的取值相对大一些。

可选地，在本发明实施例中，充电设备的充电电流可以是在0C-1C之间。充电设备的最小充电电流可以是无线接近于0的值。预设充电电流范围可以是0.5C-1C。最大充电电流可以是1C。当充电电流接近为0C时，准确系数的取值应该尽可能的小，以减小极化效应的误修正。当为电池平稳充电，充电电流处于0.5C-1C之间时，准确系数可以取的相对大一点。当充电电流1C时，准确系数应该选取更大的值。

另外，在本发明实施例中，在选取准确系数时，可以在考虑充电电流的同时还考虑电池的温度。表1列举了不同温度、不同充电电流(下，准确系数的取值情况。其中，在表1中，I表示充电电流，T表示电池的温度，温度的单位为℃。

表1

图2是本发明另一实施例提供的估算电池的SOC的方法的逻辑示意图。下面结合图2对本发明实施例提供的估算电池的SOC的方法进行说明。其中，在该实施例中，基于以下公式对电池的SOC进行估算：SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁，其中，SOC₂为估算SOC，α为准确系数，SOC₀为计算SOC，SOC₁为观测SOC。

在估算电池的SOC之前，对电池进行初始化。在对电池进行估算SOC时，采集电池的开路电压OCV、为电池进行充电的充电电流及电池的温度。在采集到开路电压OCV后对采集到的开路电压OCV结合模型进行修正。其中，所结合的模型可以是电池模型或者电芯模型。根据修正后的OCV通过模糊查表得到SOC₁，该SOC₁为观测SOC。根据采集到的充电电流和电池的温度判断此时的工况，通过查表得出修正因子，此处所述的修正因子即为准确系数。具体地，可以结合采集到的充电电流及温度根据上述中的表1确定准确系数。采用Ah积分确定计算SOC，也就是上述公式中的SOC₀。根据上述公式确定最终的估算SOC。需要说明的是图2中所示的逻辑之间的顺序仅是示意，并不用于限制本发明，只要满足本发明的构思得到估算SOC，任何顺序都在本发明的保护范围内。

可选地，在本发明实施例中，估算电池的SOC的方法还可以包括极端值修正。极端值修正主要就是在电池充电的末端，在电池电压达到设置的上下限值时，将电池的SOC修正成100％或0％等。极端值修正控制简单，但由于极化效应等影响存在较大误差，而且会出现修正值的大幅波动，影响整车控制。

相应地，本发明实施例的另一方面提供一种估算电池的SOC的装置。图3是本发明另一实施例提供的估算电池的SOC的装置的结构框图。如图3所示，该装置包括计算模块1、第一确定模块2、第二确定模块3和第三确定模块4。其中，计算模块1用于基于预设方法确定电池的计算SOC；第一确定模块2用于确定电池的观测SOC；第二确定模块3用于确定观测SOC相对于计算SOC的准确系数；第三确定模块4用于基于计算SOC、观测SOC和准确系数确定电池的估算SOC。

本发明实施例提供的估算电池的SOC的装置不是仅以基于预设方法确定的电池的计算SOC作为估算出的电池的SOC，而是结合观测SOC及观测SOC相对于计算SOC的准确系数来确定电池的估算SOC，该准确系数可以根据实际情况下结合观测SOC对计算SOC进行调整以确定更加符合实际情况的估算SOC，如此，经过准确系数及观测SOC对计算SOC的调整，估算出的电池的SOC更加符合实际情况，如此，提高了估算电池的SOC的准确度。

可选地，在本发明实施例中，观测SOC基于电池的开路电压及模糊查表而被确定。

可选地，在本发明实施例中，第三确定模块基于计算SOC、观测SOC和准确系数确定电池的估算SOC包括基于以下公式确定估算SOC：SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁，其中，SOC₂为估算SOC，α为准确系数，SOC₀为计算SOC，SOC₁为观测SOC。

可选地，在本发明实施例中，准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：对电池充电的充电电流、电池的温度。

可选地，在本发明实施例中，在准确系数基于充电电流被确定的情况下，准确系数基于以下中的一者而被确定：当充电电流为对电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，准确系数处于第一预设范围内；当充电电流处于预设充电电流范围内时，准确系数处于第二预设范围内，其中，当充电电流处于预设充电电流范围内时，电池处于平稳充电状态；以及当充电电流为充电设备的最大充电电流时，准确系数处于第三预设范围内，其中，第一预设范围小于第二预设范围，第二预设范围小于第三预设范围。

本发明实施例提供的估算电池的SOC的装置的具体工作原理及益处与本发明实施例提供的估算电池的SOC的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种估算电池的SOC的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于预设方法确定所述电池的计算SOC；

确定所述电池的观测SOC；

确定所述观测SOC相对于所述计算SOC的准确系数；以及

基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC。

2.根据权利要求1所述的估算电池的SOC的方法，其特征在于，所述观测SOC基于所述电池的开路电压及模糊查表而被确定。

3.根据权利要求1所述的估算电池的SOC的方法，其特征在于，所述基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC包括基于以下公式确定所述估算SOC：

SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁

其中，SOC₂为所述估算SOC，α为所述准确系数，SOC₀为所述计算SOC，SOC₁为所述观测SOC。

4.根据权利要求3所述的估算电池的SOC的方法，其特征在于，所述准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：对所述电池充电的充电电流、所述电池的温度。

5.根据权利要求4所述的估算电池的SOC的方法，其特征在于，在所述准确系数基于所述充电电流被确定的情况下，所述准确系数基于以下中的一者而被确定：

当所述充电电流为对所述电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，所述准确系数处于第一预设范围内；

当所述充电电流处于预设充电电流范围内时，所述准确系数处于第二预设范围内，其中，当所述充电电流处于所述预设充电电流范围内时，所述电池处于平稳充电状态；以及

当所述充电电流为所述充电设备的最大充电电流时，所述准确系数处于第三预设范围内，

其中，所述第一预设范围小于所述第二预设范围，所述第二预设范围小于所述第三预设范围。

6.一种估算电池的SOC的装置，其特征在于，所述装置包括：

计算模块，用于基于预设方法确定所述电池的计算SOC；

第一确定模块，用于确定所述电池的观测SOC；

第二确定模块，用于确定所述观测SOC相对于所述计算SOC的准确系数；

第三确定模块，用于基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC。

7.根据权利要求6所述的估算电池的SOC的装置，其特征在于，所述观测SOC基于所述电池的开路电压及模糊查表而被确定。

8.根据权利要求6所述的估算电池的SOC的装置，其特征在于，所述第三确定模块基于所述计算SOC、所述观测SOC和所述准确系数确定所述电池的估算SOC包括基于以下公式确定所述估算SOC：

SOC₂＝(1-α)×SOC₀+α×SOC₁

其中，SOC₂为所述估算SOC，α为所述准确系数，SOC₀为所述计算SOC，SOC₁为所述观测SOC。

9.根据权利要求8所述的估算电池的SOC的装置，其特征在于，所述准确系数基于以下中的一者或多者而被确定：对所述电池充电的充电电流、所述电池的温度。

10.根据权利要求9所述的估算电池的SOC的装置，其特征在于，在所述准确系数基于所述充电电流被确定的情况下，所述准确系数基于以下中的一者而被确定：

当所述充电电流为对所述电池进行充电的充电设备的最小充电电流时，所述准确系数处于第一预设范围内；

当所述充电电流处于预设充电电流范围内时，所述准确系数处于第二预设范围内，其中，当所述充电电流处于所述预设充电电流范围内时，所述电池处于平稳充电状态；以及

当所述充电电流为所述充电设备的最大充电电流时，所述准确系数处于第三预设范围内，

其中，所述第一预设范围小于所述第二预设范围，所述第二预设范围小于所述第三预设范围。