CN110187283A - 一种锂离子电池soc的估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池SOC的估计方法，获取锂离子电池在不同温度、不同倍率下的HPPC或DCR实验数据‑建立锂离子电池欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表‑计算锂离子电池的欧姆内阻R0，根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0‑采用安时积分法计算锂离子电池的SOC。不需要锂离子电池的等效电路模型，主要通过欧姆内阻R0，采用安时积分法来实现，避免了建模及复杂的计算，因而既简单又快速。

Description

一种锂离子电池SOC的估计方法
技术领域
本发明属于锂电池管理技术领域，具体涉及一种锂离子电池SOC的估计方法。
背景技术
随着科技的不断发展以及环境和能源危机的不断加重，新能源汽车的应用也越来越广泛。电池管理***BMS是电动汽车的重要组件之一。电池管理***BMS主要包括电池荷电状态的估计，电池温度的监测，以及电池过压、过流、过充、过放、过高温的保护等。其中电池荷电状态SOC主要完成电池剩余容量的估计，为驾驶员提供续航里程等信息。SOC实时估计涉及到动力电池充放电控制和电动汽车的优化管理，直接影响动力电池的使用寿命和动力***的性能，因此动力电池SOC的准确估计对于电动汽车的运行非常关键。目前关于锂离子电池SOC的估计，大多都是借助等效电路模型进行的，还涉及一些复杂的计算，工作量巨大，不利于实时地在线估计。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种简单、快速、准确度高的锂离子电池SOC的估计方法。
为实现上述目的，本发明所设计的锂离子电池SOC的估计方法，包括如下步骤：
S1)获取锂离子电池在不同温度、不同倍率下的HPPC或DCR实验数据；
S2)建立锂离子电池欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；
S3)计算锂离子电池的欧姆内阻R0，根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0；
S4)采用安时积分法计算锂离子电池的SOC
式(2)中，SOC(t0)为t0时刻的SOC，即步骤S3)中所述的SOC的初值SOC0；Ccell为电池的实际容量；I(t)为电池的电流，充电为正、放电为负、静置为0。
进一步地，所述步骤2)的具体过程如下：
结合HPPC实验数据中静置之后放电的初始阶段电压突降阶段的电压曲线计算R0或者结合DCR实验数据中静置之后充电的初始阶段电压突升阶段的电压曲线计算R0，利用公式(1)计算R0；
R0＝(UC-UB)/I (1)
公式(1)中UB为B点的电压，UC为C点的电压，I值充电时为正、放电时为负；C点为B点之后的第t秒，则UC为B点之后的第t秒的电压；
利用温度T1、倍率Crate1的HPPC或DCR实验数据，根据公式(1)，计算得到温度T1、倍率Crate1下各SOC状态下(SOC一般取0％、10％、20％、30％、、40％、50％、60％、60％、80％、90％、100％)的欧姆内阻R0，如此依次处理温度T1、倍率Crate2，温度T1、倍率Crate3，温度T1、倍率Crate4等温度T1下多个倍率下的HPPC或DCR实验数据，得到欧姆内阻R0在温度T1下关于倍率Crate、SOC的二维查询表R0(SOC、Crate)；按照处理温度T1下的HPPC或DCR实验数据的方法，依次处理温度T2、温度T3、温度T4等多个温度下的HPPC或DCR实验数据，最终得到欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)。
进一步地，所述步骤3)中，根据步骤S2)中的B点首先从电池的管理***MBS中记录的电压-电流-时间数据中查找B点，确定UB值和UC值，I值充电时为正、放电时为负；最后把UB、UC、I值代入公式(1)计算得到R0；
根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0，具体地：把R0计算中用到的I换算为倍率Crate，从电池的管理***MBS中获取锂离子电池的温度T，然后基于R0、Crate、T值，利用步骤S2)中建立的三维查询表R0(T、SOC、Crate)，通过插值获取SOC，把此SOC作为SOC的初值SOC0。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明锂离子电池SOC的估计方法，不需要锂离子电池的等效电路模型，主要通过欧姆内阻R0，采用安时积分法来实现，避免了建模及复杂的计算，因而既简单又快速；此外，SOC的初值SOC0的确定方法简单，依据欧姆内阻R0，通过三维查询表R0(T、SOC、Crate)，插值得到；最后SOC0的值可通过不断更新R0来实现，不仅效率高，还可减小SOC估计的累计误差，从而提高估计准确度；因此，本发明锂离子电池SOC的估计方法可应用于锂离子电池管理***BMS中SOC的在线估计。
附图说明
图1为实施例25℃HPPC 50％SOC状态下放电与静置的电压-时间曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种锂离子电池SOC的估计方法，包括如下步骤：
S1)获取锂离子电池在不同温度、不同倍率下的HPPC或DCR实验数据；
S2)建立锂离子电池欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；具体过程如下：
结合HPPC实验数据中静置之后放电的初始阶段电压突降阶段的电压曲线(即如图1中BC段所示)计算R0或者结合DCR实验数据中静置之后充电的初始阶段电压突升阶段的电压曲线计算R0，利用公式(1)计算R0；
R0＝(UC-UB)/I (1)
公式(1)中UB为B点的电压，UC为C点的电压，I值充电时为正、放电时为负；其中，B点为静置结束时刻，UB为此SOC状态下的开路电压，B点应具备以下两个特点：1)电流从无到有的转变点，2)B点之前经过足够长的静置，即B点距上一个电流从有到无的转变点的时间要足够长，一般需1小时以上；C点为B点之后的第t秒，则UC为B点之后的第t秒的电压，t一般取5秒；
利用温度T1、倍率Crate1的HPPC或DCR实验数据，根据公式(1)，计算得到温度T1、倍率Crate1下各SOC状态下(SOC一般取0％、10％、20％、30％、、40％、50％、60％、60％、80％、90％、100％)的欧姆内阻R0，如此依次处理温度T1、倍率Crate2，温度T1、倍率Crate3，温度T1、倍率Crate4等温度T1下多个倍率下的HPPC或DCR实验数据，得到欧姆内阻R0在温度T1下关于倍率Crate、SOC的二维查询表R0(SOC、Crate)；按照处理温度T1下的HPPC或DCR实验数据的方法，依次处理温度T2、温度T3、温度T4等多个温度下的HPPC或DCR实验数据，最终得到欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；
S3)利用公式(1)计算锂离子电池的欧姆内阻R0，根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0；
利用公式(1)计算锂离子电池的欧姆内阻R0，B点是关键点，需先找到B点，之后确定C点及I值；
具体地：根据步骤S2)中描述的B点应具备的两个特点，首先从电池的管理***MBS中记录的电压-电流-时间数据中，查找到B点，就确定了UB值；之后确定C点及I值，C点确定了就确定了UC值；最后把UB、UC、I值代入公式(1)计算得到R0；
根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0，具体地：把上述R0计算中用到的I换算为倍率Crate，从电池的管理***MBS中获取锂离子电池的温度T，然后基于R0、Crate、T值，利用步骤S2)中建立的三维查询表R0(T、SOC、Crate)，通过插值获取SOC，把此SOC作为SOC的初值SOC0；
S4)采用安时积分法计算锂离子电池的SOC
式(2)中，SOC(t0)为t0时刻的SOC，即步骤S3)中所述的SOC的初值SOC0；Ccell为电池的实际容量；I(t)为电池的电流，充电为正、放电为负、静置为0。
下面以某120Ah三元锂离子电池的SOC估计为例，进行说明。
S1)获取锂离子电池在温度(15℃、25℃、35℃)、倍率(0.5C、1C、2C)下的HPPC实验数据；
S2)建立锂离子电池欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；
利用25℃、1C的HPPC实验数据，根据公式(1)计算得到25℃、1C各SOC状态下(10％、20％、30％、、40％、50％、60％、60％、80％、90％、100％)的欧姆内阻R0，结果如表1(实施例25℃1C HPPC的实验数据计算得到的欧姆内阻R0)所示；如此依次处理25℃、0.5C，25℃、2C的HPPC实验数据得到欧姆内阻R0在25℃下关于倍率Crate、SOC的二维查询表R0(SOC、Crate)；按照处理25℃的HPPC实验数据的方法，依次处理15℃、35℃的HPPC实验数据，最终得到欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；
S3)利用式(1)计算锂离子电池的欧姆内阻R0，根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0；
利用式(1)计算锂离子电池的欧姆内阻R0。B点是关键点，需先找到B点，之后确定C点及I值。具体地：根据上述S2)中描述的B点应具备的两个特点，首先从电池的管理***MBS中记录的电压-电流-时间数据中，查找到B点，就确定了UB值；之后确定C点(C点取B点之后的第5秒)及I值，C点确定了就确定了UC值；最后把UB、UC、I值代入公式(1)计算得到R0；
S4)采用安时积分法计算锂离子电池的SOC。
表1
SOC 100％ 90％ 80％ 70％ 60％ 50％ 40％ 30％ 20％ 10％
R0[Ω] 0.0010449 0.0009824 0.0009743 0.0009791 0.0011902 0.0009946 0.0010019 0.0012227 0.001027 0.0010522
本发明锂离子电池SOC的估计方法，不需要锂离子电池的等效电路模型，主要通过欧姆内阻R0，采用安时积分法来实现，避免了建模及复杂的计算，因而即简单又快速；此外，SOC的初值SOC0的确定方法简单，依据欧姆内阻R0，通过三维查询表R0(T、SOC、Crate)，插值得到；最后SOC0的值可通过不断更新R0来实现，不仅效率高，还可减小SOC估计的累计误差，从而提高估计准确度；因此，本发明锂离子电池SOC的估计方法可应用于锂离子电池管理***BMS中SOC的在线估计。

Claims (3)

1.一种锂离子电池SOC的估计方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1)获取锂离子电池在不同温度、不同倍率下的HPPC或DCR实验数据；
S2)建立锂离子电池欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)；
S3)计算锂离子电池的欧姆内阻R0，根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0；
S4)采用安时积分法计算锂离子电池的SOC
式(2)中，SOC(t0)为t0时刻的SOC，即步骤S3)中所述的SOC的初值SOC0；Ccell为电池的实际容量；I(t)为电池的电流，充电为正、放电为负、静置为0。
2.根据权利要求1所述锂离子电池SOC的估计方法，其特征在于：所述步骤2)的具体过程如下：
结合HPPC实验数据中静置之后放电的初始阶段电压突降阶段的电压曲线计算R0或者结合DCR实验数据中静置之后充电的初始阶段电压突升阶段的电压曲线计算R0，利用公式(1)计算R0；
R0＝(UC-UB)/I (1)
公式(1)中UB为B点的电压，UC为C点的电压，I值充电时为正、放电时为负；C点为B点之后的第t秒，则UC为B点之后的第t秒的电压；
利用温度T1、倍率Crate1的HPPC或DCR实验数据，根据公式(1)，计算得到温度T1、倍率Crate1下各SOC状态下(SOC一般取0％、10％、20％、30％、、40％、50％、60％、60％、80％、90％、100％)的欧姆内阻R0，如此依次处理温度T1、倍率Crate2，温度T1、倍率Crate3，温度T1、倍率Crate4等温度T1下多个倍率下的HPPC或DCR实验数据，得到欧姆内阻R0在温度T1下关于倍率Crate、SOC的二维查询表R0(SOC、Crate)；按照处理温度T1下的HPPC或DCR实验数据的方法，依次处理温度T2、温度T3、温度T4等多个温度下的HPPC或DCR实验数据，最终得到欧姆内阻R0关于温度T、倍率Crate、SOC的三维查询表R0(T、SOC、Crate)。
3.根据权利要求2所述锂离子电池SOC的估计方法，其特征在于：所述步骤3)中，根据步骤S2)中的B点首先从电池的管理***MBS中记录的电压-电流-时间数据中查找B点，确定UB值和UC值，I值充电时为正、放电时为负；最后把UB、UC、I值代入公式(1)计算得到R0；
根据R0的三维查询表估计SOC的初值SOC0，具体地：把R0计算中用到的I换算为倍率Crate，从电池的管理***MBS中获取锂离子电池的温度T，然后基于R0、Crate、T值，利用步骤S2)中建立的三维查询表R0(T、SOC、Crate)，通过插值获取SOC，把此SOC作为SOC的初值SOC0。
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