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
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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