CN110221218A - 计算电池的soc的方法和装置及机器可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供一种计算电池的SOC的方法和装置及机器可读存储介质，所述方法：确定所述电池的温度和电流；基于预设对应关系确定所述温度和所述电流对应的容量系数；以及基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC。本发明所述的计算电池的SOC的方法和装置及机器可读存储介质实现了在计算电池的SOC时将电流的影响考虑在内，提高了计算电池的SOC的准确度。

Description

计算电池的SOC的方法和装置及机器可读存储介质

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种计算电池的SOC的方法和装置及机器可读存储介质。

背景技术

目前，三元锂电池包的当前可用能量是按照当前剩余容量相关，而电池包剩余容量是根据电池包SOC(剩余容量/总容量)显示的。SOC是对电池当前能量状态评估的一个重要参数，对电池包的安全、高效的使用具有重大的意义。

目前市场上三元锂的SOC的估算策略主要是以温度-容量Ah积分(电流在时间上的积分)为主。此方案只考虑到当温度改变时对电池化学反应的影响，而忽略电流对电池化学影响同样影响很大。不但如此电流也会对电池的电压平台造成影响，电流越大电池的放电电压平台越小，表现为电池的容量的减小。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种计算电池的SOC的方法和装置及机器可读存储介质，以实现在计算电池的SOC时将电流的影响考虑在内。

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计算电池的SOC的方法，所述方法：确定所述电池的温度和电流；基于预设对应关系确定所述温度和所述电流对应的容量系数；以及基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC。

进一步的，所述预设对应关系基于以下内容被确定：测量当所述温度为第一预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的第一总容量；测量当所述温度为所述第一预设温度、所述电流为不同于所述预设电流的其他电流时所述电池的第二总容量；将所述第二总容量和所述第一总容量做比较确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；基于确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数的内容确定不同于所述第一预设温度的其他温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；以及基于所述容量系数与所述温度和所述电流的线性关系及已确定出的所述容量系数与所述温度和所述电流的对应关系确定出未被确定对应的所述容量系数的所述温度和所述电流对应的所述容量系数，以确定所述预设对应关系。

进一步的，所述预设方法为安时积分法。

进一步的，所述基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC为基于以下公式确定所述电池的SOC：其中，SOC₀为所述电池的初始化剩余容量，a为所述容量系数，m为当所述温度为第二预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的总容量，η为放电效率，I为所述电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。

相对于现有技术，本发明所述的计算电池的SOC的方法具有以下优势：在计算电池的SOC时，引入容量系数且该容量系数基于电流被确定，因此，该容量系数体现出了在计算电池的SOC时电流的影响，如此，实现了在计算电池的SOC时将电流的影响考虑在内，提高了计算电池的SOC的准确度。

本发明的另一方面提供一种计算电池的SOC的装置，所述装置：温度确定模块，用于确定所述电池的温度；电流确定模块，用于确定所述电池的电流；容量系数确定模块，用于基于预设对应关系确定所述温度和所述电流对应的容量系数；以及SOC确定模块，用于基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC。

进一步的，所述预设对应关系基于以下内容被确定：测量当所述温度为第一预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的第一总容量；测量当所述温度为所述第一预设温度、所述电流为不同于所述预设电流的其他电流时所述电池的第二总容量；将所述第二总容量和所述第一总容量做比较确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；基于确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数的内容确定不同于所述第一预设温度的其他温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；以及基于所述容量系数与所述温度和所述电流的线性关系及已确定出的所述容量系数与所述温度和所述电流的对应关系确定出未被确定对应的所述容量系数的所述温度和所述电流对应的所述容量系数，以确定所述预设对应关系。

进一步的，所述预设方法为安时积分法。

进一步的，所述SOC确定模块基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC为基于以下公式确定所述电池的SOC： 其中，SOC₀为所述电池的初始化剩余容量，m为所述容量系数，C为当所述温度为第二预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的总容量，η为放电效率，I为所述电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。

所述的计算电池的SOC的装置与上述计算电池的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。

此外，本发明的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的方法。

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计算电池的SOC的方法流程图；

图2为25度下不同放电结束时负极颗粒LI浓度分布；

图3为在25度下以不同倍率放电时的放电容量；以及

图4为本发明另一实施例提供的计算电池的SOC的装置的结构框图。

附图标记说明：

1 温度确定模块 2 容量系数确定模块

3 SOC确定模块 4 电流确定模块

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明实施例的一个方面提供一种计算电池的SOC的方法。图1是本发明一实施例提供的计算电池的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，确定电池的温度和电流。例如，通过可以检测温度的设备检测电池的温度，从而确定电池的温度；通过可以检测电流的设备检测电池的电流，从而确定电池的电流。

在步骤S11中，基于预设对应关系确定所确定的温度和电流对应的容量系数。其中，该容量系数表明了当电池的温度为某一温度及电流为某一电流时，电池在该温度及电流下的总容量相对于电池在该温度及基准电流下的总容量的准确程度，也就是容量系数表明了电池总容量随电流的变化。

可选地，预设对应关系可以基于以下内容被确定。

测量当电池的温度为第一预设温度、电池的电流为预设电流时电池的总容量，记为第一总容量。其中，预设电流为基准电流。测量当电池的温度为第一预设温度、电池的电流为不同于预设电流的其他电流时电池的总容量，记为第二总容量，其中，该不同于预设电流的其他电流可以是符合电池的实际情况的任意电流。

将上述中的第二总容量与第一总容量做比较，也就是用第二总容量除以第一总容量，确定电池的第一预设温度和上述的不同于预设电流的其他电流对应的容量系数。

根据确定第一预设温度和上述的不同于预设电流的其他电流对应的容量系数方法，确定不同于第一预设温度的其他温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数。其中，需要说明的是，此处所述的确定不同于第一预设温度的其他温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数中的不同于预设电流的其他电流与上述的第一预设温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数中的其他电流可以是相同的电流也可以是不同的电流。另外，所确定的不同于第一预设温度的其他温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数的个数为至少一个，该容量系数的个数可以根据实际情况进行，此处所述的容量系数的个数越多，所确定的预设对应关系越精确。

基于容量系数与温度和电流的线性关系及已确定的容量系数与温度和电流的对应关系确定出为未被确定对应的容量系数的温度和电流对应的容量系数，以确定预设对应关系。

下面举例说明如何根据容量系数与温度和电流的线性关系及已确定的容量系数与温度和电流的对应关系确定出未被确定对应的容量系数的温度和电流对应的容量系数。例如，已确定出的容量系数与温度和电流的对应关系可以包括第一预设温度和第一预设电流对应的第一容量系数及第三预设温度和第二预设电流对应的第二容量系数，需要确定第四预设温度和第三预设电流对应的第三容量系数。首先，基于线性关系，根据第一预设温度和第一预设电流对应的第一容量系数确定出第一预设温度和第三预设电流对应的容量系数。然后，再基于线性关系，根据第一预设温度和第三预设电流对应的容量系数确定出第四预设温度和第三预设电流对应的第三容量系数。与此类似，确定出任意温度和任意电流对应的容量系数，从而确定出关于温度和电流与容量系数的预设对应关系。此外，在根据线性关系及已确定出的温度和电流与容量系数的对应关系确定未被确定对应的容量系数的温度和电流对应的容量系数时，可以与该未被确定对应的容量系数的温度和电流相近的已确定出对应的容量系数的温度和电流确定容量系数。例如，已确定出的容量系数与温度和电流的对应关系包括第一预设温度和第一预设电流对应的第一容量系数、第三预设温度和第三预设电流对应的第二容量系数、第四预设温度和第四预设电流对应的第三容量系数，需要确定第五预设温度和第五预设电流对应的容量系数，第五预设温度与第三预设温度比较接近，第五预设电流与第三预设电流比较接近，则可以根据第三预设温度和第三预设电流对应的第二容量系数确定出第五预设温度和第五预设电流对应的容量系数。

在步骤S12中，基于预设方法和所确定出的容量系数确定电池的SOC。其中，预设方法可以是安时积分法。

本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法在计算电池的SOC时，引入容量系数且该容量系数基于电流被确定，因此，该容量系数体现出了在计算电池的SOC时电流的影响，如此，实现了在计算电池的SOC时将电流的影响考虑在内，提高了计算电池的SOC的准确度。

可选地，基于预设方法和容量系数确定电池的SOC为基于以下公式确定电池的SOC：其中，SOC₀为电池的初始化剩余容量，a为容量系数，m为当温度为第二预设温度、电流为预设电流时电池的总容量，η为放电效率，I为电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。预设电流为一基准电流，第二预设温度为仅表示电池的温度并不用于限制温度的大小，第二预设温度可以是任意温度。

在现有计算电池的SOC的安时积分公式中某一温度下电池的总容量是固定的，不论电流是否改变。但是实际上不同电流下的总容量是不同的。本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法在基于安时积分计算电池的SOC的基础上引入了容量系数。容量系数体现了在某一温度下当前电流下的总容量相对于该温度下基准电流下的电池的总容量的准确程度，容量系数随着电流的变化而变化，从而通过引入容量系数体现出了不同电流下总容量是不同的，在计算电池的SOC时考虑了电流的影响，提高计算电池的SOC的准确度，提高计算出的电池的SOC的精度。

下面以一实施例的形式详细介绍该实施例中如何计算电池的SOC。

现有技术中，计算电池的SOC算法忽略了电流对电压平台及电池内部理化性质的影响，本发明实施例针对现有技术中SOC估算策略不会考虑电流对电池总容量的影响，意在设计一种通过电流-容量关系准确估算SOC方法，提高SOC估算的精度。电池放电SOC估算不准可能会导致电池过放，不但对整车的续航计算不准，且对电芯寿命有很大的影响。在该实施例中，结合安时积分法计算电池的SOC。

(1)安时积分法简介

在一定温度下，一段时间内电流在放电时间内的累计，初始SOC值SOC0和积分变化△SOC的差，即为剩余容量SOC百分比。SOC状态计算公式为：

公式中，SOC为当前剩余容量，SOC₀为初始化剩余容量，n为当前温度下电池的总容量，η为放电效率，I为电池电流。

(2)本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法结合电流对电池的总容量的影响，特引入a系数进行容量实时计算，以温度t下电池电流为1C时测得的电池的总容量为基准，基于以下公式计算电池的SOC：

式中SOC为根据本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法计算出的SOC；a取值范围为(0.5-1.5)；SOC₀是电池的初始化剩余容量，m是温度t下电流为1C时电池的总容量，该总容量为基准容量。am是温度t下电流为I时电池的总容量。a的数学意义就是在温度t下，电流为I时电池的实际总容量相对于电池为1C时基准容量的准确程度。需要说明的是，本发明实施例中，计算电池的SOC时，温度可以是任意的温度，电流可以是任意的电流。

(3)本发明实施例中提供的计算电池的SOC的估算策略的主要计算a，下面阐述a的计算方法的研究。

(3.1)介绍电流如何影响电池容量

根据锂电池化学特性可知：锂电池的放电容量和电压平台随着放电电流的增大而减小；锂电池放电过程中，电流影响电极表面颗粒LI的扩散通道，但颗粒LI迁移的速度在一定范围内，进而改变活性颗粒LI浓度梯度，出现浓差极化现象。实验仿真的曲线如图2和图3所示。

结论：相同温度下，在放电电流(I<4C)内，电池的容量随着电流的增大而减小。

(3.2)a值的计算方式

根据三元锂电池在不同温度梯度和不同电流梯度进行容量测试，同一温度下得到电流-容量的一一对应关系。例如，在某一温度下，以电流为1C进行放电得到的容量为m₀；然后在该温度下以电流I进行放电所得的容量为m₁，电流I对应的a值为m₁与m₀的比值。通过大量实验数据，可以得到温度和电流与a值的对应关系，如下表所示。此外，还可以得到不同温度下电流为1C时的基准容量，也就是温度与基准容量的对应关系。基于线性关系，根据已知的温度和电流与a值的对应关系得出其他温度和电流对应的a值，从而得到任意温度和任意电流对应的a值，将整个放电电流和温度都覆盖上。基于线性关系，根据已知的温度与基准容量的对应关系得到其他温度对应的基准容量，从而得到任意温度对应的基准容量。计算电池的SOC时，根据温度和电流与a值的对应关系可以查找到a值，根据温度与基准容量的对应关系可以查找到基准容量。

温度(℃)	0.2C	0.33C	0.5C	0.75C	1C	1.5C	2C
								-20					1
-10					1
								0					1
15					1
								25					1
35					1

本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法结合电流对容量的影响关系，根据放电过程中电流、温度在实时变化，同时影响电池的总容量的变化。此时会有对应的电流—容量关系，通过电流、温度和总容量这3个变量实时估算SOC。具体地，通过行车运动和充电的过程中查电流和温度得到系数a值、查找温度得到基准容量，进而引入SOC估算当中。此外，a值的选取需要大量的数据来进行确定，数据量越大，a值的大小确定越精确。可以采取多组电芯来测量一组数据，这样可以弥补电芯的差异性。在本发明实施例中，试验数据量大并且准确，可以代表电芯的性质。

本发明实施例提供的计算电池的SOC的方法具有实时估算的功能，整车放电过程中电流、温度在实时变化，所以实时更新a更加合理。各个温度和电流之间进行差值运算，可以将整个放电电流和温度都覆盖上，实现较大温度区间和电流区间的修正，考虑电流对容量的影响。

相应地，本发明实施例的另一方面提供一种计算电池的SOC的装置。图4是本发明另一实施例提供的计算电池的SOC的装置的结构框图。如图4所示，该装置包括温度确定模块1、电流确定模块4、容量系数确定模块2和SOC确定模块3。其中，温度确定模块1用于确定电池的温度；电流确定模块4用于确定电池的电流；容量系数确定模块2用于基于预设对应关系确定温度和电流对应的容量系数；SOC确定模块3用于基于预设方法和容量系数确定电池的SOC。

可选地，在本发明实施例中，预设对应关系基于以下内容被确定：测量当温度为第一预设温度、电流为预设电流时电池的第一总容量；测量当温度为第一预设温度、电流为不同于预设电流的其他电流时电池的第二总容量；将第二总容量和第一总容量做比较确定第一预设温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数；基于确定第一预设温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数的内容确定不同于第一预设温度的其他温度和不同于预设电流的其他电流对应的容量系数；以及基于容量系数与温度和电流的线性关系及已确定出的容量系数与温度和电流的对应关系确定出未被确定对应的容量系数的温度和电流对应的容量系数，以确定预设对应关系。

可选地，在本发明实施例中，预设方法为安时积分法。

可选地，在本发明实施例中，SOC确定模块基于预设方法和容量系数确定电池的SOC为基于以下公式确定电池的SOC： 其中，SOC0为电池的初始化剩余容量，a为容量系数，m为当温度为第二预设温度、电流为预设电流时电池的总容量，η为放电效率，I为电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。

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

此外，本发明实施例的另一方面还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述实施例中所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种计算电池的SOC的方法，其特征在于，所述方法：

确定所述电池的温度和电流；

基于预设对应关系确定所述温度和所述电流对应的容量系数；以及

基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设对应关系基于以下内容被确定：

测量当所述温度为第一预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的第一总容量；

测量当所述温度为所述第一预设温度、所述电流为不同于所述预设电流的其他电流时所述电池的第二总容量；

将所述第二总容量和所述第一总容量做比较确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；

基于确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数的内容确定不同于所述第一预设温度的其他温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；以及

基于所述容量系数与所述温度和所述电流的线性关系及已确定出的所述容量系数与所述温度和所述电流的对应关系确定出未被确定对应的所述容量系数的所述温度和所述电流对应的所述容量系数，以确定所述预设对应关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预设方法为安时积分法。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC为基于以下公式确定所述电池的SOC：

其中，SOC₀为所述电池的初始化剩余容量，a为所述容量系数，m为当所述温度为第二预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的总容量，η为放电效率，I为所述电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。

5.一种计算电池的SOC的装置，其特征在于，所述装置：

温度确定模块，用于确定所述电池的温度；

电流确定模块，用于确定所述电池的电流；

容量系数确定模块，用于基于预设对应关系确定所述温度和所述电流对应的容量系数；以及

SOC确定模块，用于基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设对应关系基于以下内容被确定：

测量当所述温度为第一预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的第一总容量；

测量当所述温度为所述第一预设温度、所述电流为不同于所述预设电流的其他电流时所述电池的第二总容量；

将所述第二总容量和所述第一总容量做比较确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；

基于确定所述第一预设温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数的内容确定不同于所述第一预设温度的其他温度和所述不同于所述预设电流的其他电流对应的所述容量系数；以及

基于所述容量系数与所述温度和所述电流的线性关系及已确定出的所述容量系数与所述温度和所述电流的对应关系确定出未被确定对应的所述容量系数的所述温度和所述电流对应的所述容量系数，以确定所述预设对应关系。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述预设方法为安时积分法。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述SOC确定模块基于预设方法和所述容量系数确定所述电池的SOC为基于以下公式确定所述电池的SOC：

其中，SOC₀为所述电池的初始化剩余容量，a为所述容量系数，m为当所述温度为第二预设温度、所述电流为预设电流时所述电池的总容量，η为放电效率，I为所述电池的电流，t₀表示放电起始时间，t₁表示放电结束时间。

9.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-4中任一项所述的方法。