CN111216595A - 基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车soc校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，通过对锂电池的等效电路模型进行简化和离散，分析得到锂电池的端电压与锂电池的电流、滤波后的等效电流、电芯参数之间的对应关系，并利用该对应关系计算锂电池剩余电量为边界值时的端电压；实时采集锂电池组中的单体电压；将电池剩余电量为边界值时的端电压与实时采集的锂电池组中的单体电压进行比较，以对电池剩余电量S0C值进行校准。本发明解决了混合动力汽车的电池剩余电量SOC长期无法校准导致误差大的问题。

Description

基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池管理技术领域，尤其是基于锂电池等效电路模 型的重度混合动力汽车SOC校准方法。
背景技术
电池管理***(Battery Management System，BMS)作为电动汽车的核心 部件之一，一直是电动汽车研发的重点。混合动力汽车比传统燃油车更环保， 也解决了纯电动汽车续航里程不足、充电时间长的问题。当前氢燃料汽车、插 电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车等混合动力汽车都是以锂电池作为媒 介来进行能量储存与分配，以达到节能和降低油耗的效果，所以混合动力汽车 对锂电池的电池剩余电量SOC的精度要求非常高。与纯电动汽车相比，重度混 合动力汽车具有电池容量小和工作时间长的特点，这也导致了传统的安时积分 算法在混动工况下误差大，静态开路电压法在混动工况下无法触发的情况。由 于电池剩余电量SOC是整车控制策略最重要的依据，SOC计算的精度直接影响到 整车能耗、锂电池寿命、驾驶体验。
目前，电池管理***BMS中普遍以安时积分法、静态开路电压法、卡尔曼 滤波算法来修正当前锂电池的电池剩余电量SOC。
安时积分法是通过对充电和放电过程的电流进行积分再除以总容量从而得 到电池对应的SOC值。但该方法存在一些缺点：(1)安时积分算法的准确性依 赖于电流传感器的精度，混动工况下长时间工作后，电流传感器存在***误差， 导致SOC值出现比较大的偏差。(2)由于锂电池存在自放电现象，而安时积分 算法是没有考虑到该情况，长时间的纯安时积分算法必然会导致SOC值出现虚 高情况。(3)安时积分算法的准确性与电池的总容量息息相关，混合动力汽车 电池小容量特性更容易导致出现较大偏差。
开路电压法是在电池的充放电结束且电压特性稳定后，根据此时电池的开 路电压与OCV-SOC关系对应表来确定当前的SOC值，该方法通过电压校准的方 法能够得到有效的SOC值。但该方法也有一些缺点：(1)由于混动工况下长时 间工作的特性，导致充分静置进行OCV校准的概率比较少。(2)针对磷酸铁锂 电池存在平台期的情况，在30％至90％区间内的电压变化幅度很小，当前BMS的 电压采集精度一般为5mv，用OCV校准的方案会出现极大的误差。
卡尔曼滤波算法是通过锂电池等效电路模型结合最小二乘估计，通过电池 的电压和电流的变化估计SOC值。但该方法也有一些缺点：(1)对锂电池的参 数依赖非常严重。(2)当参数与实际电池特性存在差异时会出现计算发散的情 况。(3)实现过程较为复杂。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供基于锂电池等效电路模型的 重度混合动力汽车SOC校准方法，解决了混合动力汽车的电池剩余电量SOC长 期无法校准导致误差大的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，锂电池的等 效电路模型中包括：内电源、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、 第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；第一极化内阻Rp1与第一极化电容Cp1并联 构成锂电池的第一阻容电路，第二极化内阻Rp2与第二极化电容Cp2并联构成锂 电池的第二阻容电路；内阻R0、第一阻容电路、第二阻容电路依次串联在电源 的正极上；内电源两端的端电压即为锂电池的静态开路电压VOCV；整个锂电池 两端的端电压为V；第一阻容电路两端的端电压为Vp1；第二阻容电路两端的端 电压为Vp2；锂电池两端的端电压为V；锂电池的电流为i；
包括以下步骤：
S1，根据锂电池的等效电路模型，分析得到锂电池的端电压V与锂电池的电 流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系；即，锂电池的端电 压V的值可根据锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、 第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV进行计算，V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，f为对应的关系函数；
S2，确定混合动力汽车进行动力切换的电池剩余电量的边界值，其中，纯 电动力***进入燃油动力***的电池剩余电量的边界值为SOC1，燃油动力*** 进入纯电动力***的电池剩余电量的边界值为SOC2；
S3，在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路 电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、 第二极化电容Cp2；在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时 的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极 化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
S4，混合动力汽车在运行过程中，实时采集锂电池组的当前温度、当前电 流，并实时采集锂电池组中每个单体锂电池的单体电压，得到锂电池组中的最 高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；单体锂电池的单体电压即为该单体锂电池 两端的端电压V；
S5，根据步骤S3的测试结果，以及根据步骤S4实时采集的锂电池组的当 前温度，获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压 VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2；获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路 电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、 第二极化电容Cp2；
S6，根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当 前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一 极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根 据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、 内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电 容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即 V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC1时的端电 压V1；
根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温 度下锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化 内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步 骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻 R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、 锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)， 计算出锂电池的电池剩余电量为SOC2时的端电压V2；
S7，若锂电池在放电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最 低单体电压Vmin是否小于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO1时的 端电压V1；
若最低单体电压Vmin在连续的n秒内均为小于V1，则将当前锂电池的电池剩 余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，且校准的步长为Y；
S8，若锂电池在充电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最 高单体电压Vmax是否大于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO2时的 端电压V2；
若最高单体电压Vmax在连续的n秒内均为大于V2，则将当前锂电池的电池剩 余电量SOC值向边界值SOC2方向进行校准，且校准的步长为Y；
S9，对校准后的电池剩余电量SOC做平滑处理。
步骤S1中，锂电池的端电压V与锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、 第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电 压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)具体为：
V(k)＝VOCV-RP1·if1(k)-RP2·if2(k)-i(k)·R0；
其中，k表示第k个采样时刻；V(k)表示第k个采样时刻下锂电池两端的端 电压；i(k)表示第k个采样时刻下锂电池的电流；
if1(k)为第k个采样时刻下第一阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure BDA0002354546150000041
Figure BDA0002354546150000042
a1表示第一阻容电路一阶滞后滤波的系数；Δt表示采样周期；Vp1(k-1)表示 第k-1个采样周期下第一阻容电路两端的端电压；i(k-1)表示第k-1个采样时刻 下锂电池的电流；
if2(k)为第k个采样时刻下第二阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure BDA0002354546150000051
Figure BDA0002354546150000052
a2表示第二阻容电路一阶滞后滤波的系数；Vp2(k-1)表示第k-1个采样周期 下第二阻容电路两端的端电压。
步骤S3中，锂电池的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第 二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2的测试方法，如下所示：
将锂电池充电至100％，静置两个小时后，以0.33C的电流依次放电5％，每 放电5％，需静置两个小时；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC1时，静置两个小时后，此时测量锂电池 两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为 锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV，且将此时测量得到的锂 电池的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2作为锂电池的电池剩余电量为SOC1时的内阻R0、第一极化内阻Rp1、 第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC2时，静置两个小时后，此时测量锂电池 两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为 锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV；且将此时测量得到的锂 电池的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2作为锂电池的电池剩余电量为SOC2时的内阻R0、第一极化内阻Rp1、 第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
按照上述方式，分别在不同温度下，测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC1 时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一 极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC2 时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一 极化电容Cp1、第二极化电容Cp2。
步骤S7和步骤S8中，30＜n＜60。
步骤S7和步骤S8中，0＜Y＜10％。
步骤S7，锂电池在放电过程中，将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边 界值SOC1方向进行校准，是指将当前锂电池的电池剩余电量SOC值调低；步骤 S8中，锂电池在充电过程中，将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC2 方向进行校准，是指将当前锂电池的电池剩余电量SOC值调高。
本发明的优点在于：
(1)本发明方法避免了在SOC虚低情况下混合动力汽车出现过充的风险， 以及避免了SOC虚高情况下混合动力汽车出现过放和趴车的风险，且在充电过程 以最高单体电压校准SOC值，在放电过程以最低单压校准SOC值，解决了锂电池 组一致性差异导致的SOC值计算不准的问题。
(2)本发明方法解决了OCV校准算法受行车工况限制的问题，适用场景更 广泛，不受行车工况限制，在运行过程中满足条件便可实时校准，不仅可以适 用于纯电动汽车，混合动力汽车，甚至是完全无静置的浅充浅放的矿车。
(3)本发明对电路模型算法进行简化，将锂电池的端电压的计算由复杂的 等效电路离散状态矩阵运算转换为电流和滤波后等效电流以及电芯参数之间的 简单等式运算，减少了程序计算量和复杂度，也避免了出现病态矩阵的风险。
(4)本发明的锂电池的端电压算法，解决了卡尔曼滤波算法计算量大，需 求参数多的问题，本发明算法减小了电芯参数的测量量，该算法只需要测量在 不同温度下的锂电池的剩余电量为SOC1和SOC2的静态开路电压VOCV、内阻R0、 第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2。
附图说明
图1为锂电池的等效电路图。
图2为本发明的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方 法的流程图。
图3为锂电池在放电过程中对电池剩余电量SOC值校准的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
锂电池的电池剩余电量SOC与电池电压有密切的关系，电池剩余电量SOC 越多，电池电压就越高；在放电过程中，随着锂电池的电池剩余电量的减小， 电池电压就会越来越低，在充电过程中，随着锂电池的电池剩余电量SOC的增 加，电池电压就会越来越高。由于锂电池存在上述特性，因此锂电池的静态开 路电压和电池剩余电量SOC之间存在较为稳定的对应关系，通过测量锂电池的 静态开路电压即可获取到较为准确的电池剩余电量SOC。
锂电池的等效电路模型如图1所示：
图1中，VOCV为锂电池的静态开路电压；R0为锂电池的内阻；Rp1、Rp2均 为锂电池的极化内阻；Cp1、Cp2均为锂电池的极化电容；Rp1和Cp1并联构成锂电 池的第一阻容电路；Rp2和Cp2并联构成锂电池的第二阻容电路；V为锂电池两端 的端电压；Vp1为第一阻容电路两端的端电压；Vp2为第二阻容电路两端的端电压。
本发明中，为统一公式计算，规定：放电电流为正，充电电流为负。
根据图1所示的锂电池的等效电路模型，得到下式：
Figure BDA0002354546150000071
Figure BDA0002354546150000072
Vt＝VOCV-VP1-VP2-iR0； (3)
其中，t表示t时刻，即从初始时刻即时刻0开始到当前的时间；Vp1(0)表示 初始时刻第一阻容电路两端的端电压；Vp1(t)表示t时刻第一阻容电路两端的端电 压；Vp2(0)表示初始时刻第二阻容电路两端的端电压；Vp2(t)表示t时刻第二阻容 电路两端的端电压；i(t)表示t时刻的电流；V(t)为t时刻锂电池两端的端电压。
将上式(1)、(2)、(3)进行离散化后，得到下式：
Figure BDA0002354546150000081
Figure BDA0002354546150000082
V(k)＝VOCV-VP1-VP2-i(k)·R0； (6)
其中，Δt表示离散过程中的采样周期；k表示第k个采样时刻；k-1表示第 k-1个采样周期；Vp1(k-1)表示第k-1个采样周期下第一阻容电路两端的端电压； Vp1(k)表示第k个采样时刻下第一阻容电路两端的端电压；Vp2(k-1)表示第k-1个 采样周期下第二阻容电路两端的端电压；Vp2(k)表示第k个采样时刻下第二阻容 电路两端的端电压；i(k-1)表示第k-1个采样时刻下的电流；i(k)表示第k个采样 时刻下的电流；V(k)表示第k个采样时刻下锂电池两端的端电压。
假设：
Figure BDA0002354546150000083
Vp1(k)和Vp2(k)的初始值为0；
Rp1和Rp2在短时间内为固定值且不会发生突变；
那么，根据上述式(4)、(5)，得到下式：
Figure BDA0002354546150000084
Figure BDA0002354546150000085
由上述式(7)、(8)可知，对于阻容电路而言，第一阻容电路两端的端 电压Vp1等于其对应的极化内阻Rp1乘以一阶滞后滤波后的电流；第二阻容电路两 端的端电压Vp2等于其对应的极化内阻Rp2乘以一阶滞后滤波后的电流。
将上述式(7)、(8)中的第一阻容电路和第二阻容电路的一阶滞后滤波 后的电流分别等效为if1(k)和if2(k)；那么，根据上述式(7)、(8)、(6)， 得到下式：
Vp1(k)＝RP1·if1(k)； (9)
Vp2(k)＝RP2·if2(k)； (10)
V(k)＝VOCV-RP1·if1(k)-RP2·if2(k)-i(k)·R0； (11)
基于上述分析，本发明通过实验测试先得到锂电池的电芯参数，即Voc、R0、 Rp1、Rp2、Cp1、Cp2，再根据公式(9)、(10)、(11)，即可得到锂电池两 端的端电压V和电流之间的对应关系。
基于上述SOC的计算方式，本发明还提出了基于锂电池等效电路模型的重 度混合动力汽车SOC校准方法，由图2所示，包括以下步骤：
S1，根据锂电池的等效电路模型，分析得到锂电池的端电压V与锂电池的电 流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系；即：
V(k)＝VOCV-RP1·if1(k)-RP2·if2(k)-i(k)·R0；
其中，k表示第k个采样时刻；V(k)表示第k个采样时刻下锂电池两端的端 电压；i(k)表示第k个采样时刻下锂电池的电流；
if1(k)为第k个采样时刻下第一阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure BDA0002354546150000091
Figure BDA0002354546150000092
a1表示第一阻容电路一阶滞后滤波的系数；Δt表示采样周期；Vp1(k-1)表示 第k-1个采样周期下第一阻容电路两端的端电压；i(k-1)表示第k-1个采样时刻 下锂电池的电流；
if2(k)为第k个采样时刻下第二阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure BDA0002354546150000093
Figure BDA0002354546150000094
a2表示第二阻容电路一阶滞后滤波的系数；Vp1(k-1)表示Vp2(k-1)表示第k-1 个采样周期下第二阻容电路两端的端电压。
S2，确定混合动力汽车进行动力切换的电池剩余电量的边界值，其中，纯 电动力***进入燃油动力***的电池剩余电量的边界值为SOC1，燃油动力*** 进入纯电动力***的电池剩余电量的边界值为SOC2；SOC2>SOC1。
S3，在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SCO1时的电芯参数， 以及测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的电芯参数；
所述电芯参数包括：静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二 极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
所述电芯参数的测试方法，如下所示：
将锂电池充电至100％，静置两个小时后，以0.33C的电流依次放电5％，每 放电5％，需静置两个小时；C表示1小时率额定容量，单位为Ah；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC1时，静置两个小时后，此时测量锂电池 两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为 锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC2时，静置两个小时后，此时测量锂电池 两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为 锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV；同时，此时采用HPPC 测试和参数辨识算法即可得到锂电池的电池剩余电量为SCO1时的内阻R0、第一 极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2。
按照上述方式，分别在不同温度下，测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC1 时的静态开路电压VOCV，以及测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态 开路电压VOCV；同时，此时采用HPPC测试和参数辨识算法即可得到锂电池的电 池剩余电量为SCO2时的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极 化电容Cp1、第二极化电容Cp2。
S4，混合动力汽车在运行过程中，实时采集锂电池组的当前温度、当前电 流，并实时采集锂电池组中每个单体锂电池的单体电压，得到锂电池组中的最 高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；单体锂电池的单体电压即为该单体锂电池 两端的端电压V。
S5，根据步骤S3的测试结果，以及根据步骤S4实时采集的锂电池组的当 前温度，获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压 VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二 极化电容Cp2；获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路 电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、 第二极化电容Cp2。
S6，根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当 前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一 极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根 据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、 内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电 容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即 V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC1时的端电 压V1。
根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温 度下锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化 内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步 骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻 R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、 锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)， 计算出锂电池的电池剩余电量为SOC2时的端电压V2。
S7，若锂电池在放电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最 低单体电压Vmin是否小于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO1时的 端电压V1；
若最低单体电压Vmin在连续的n秒内均为小于V1，则将当前锂电池的电池剩 余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，且校准的步长为Y；
锂电池在放电过程中，说明锂电池的电池剩余电量SOC值肯定未低至边界 值SOC1，若锂电池的电池剩余电量SOC值低至边界值SOC1，则说明锂电池进入 了燃油动力***，即锂电池不处于放电状态。锂电池在放电过程中，将当前锂 电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，实际是指将当前锂电 池的电池剩余电量SOC值调低。
S8，若锂电池在充电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最 高单体电压Vmax是否大于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO2时的 端电压V2；
若最高单体电压Vmax在连续的n秒内均为大于V2，则将当前锂电池的电池剩 余电量SOC值向边界值SOC2方向进行校准，且校准的步长为Y；
锂电池在充电过程中，说明锂电池的电池剩余电量SOC值肯定未高至边界 值SOC2，若锂电池的电池剩余电量SOC值高至边界值SOC2，则说明锂电池进入 了电力动力***，即锂电池不处于充电状态。锂电池在充电过程中，将当前锂 电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC2方向进行校准，实际是指将当前锂电 池的电池剩余电量SOC值调高。
本发明中，30＜n＜60；0＜Y＜10％。
S9，对校准后的电池剩余电量SOC做平滑处理，防止SOC值出现跳边的情 况。
本实施例中，锂电池在放电过程中对当前锂电池的电池剩余电量SOC值的 校准由图3所示。图3中，SCO1对应参考电压即为计算出的锂电池的电池剩余 电量为SCO1时的端电压V1；当最低单体电压Vmin在连续的60秒内均为小于SCO1 对应参考电压时，则触发校准，将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值 SOC1方向进行校准，即将电池剩余电量SOC值调低，且校准步长不超过10％； 对校准后的电池剩余电量SOC再做平滑处理。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在 本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，锂电池的等效电路模型中包括：内电源、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；第一极化内阻Rp1与第一极化电容Cp1并联构成锂电池的第一阻容电路，第二极化内阻Rp2与第二极化电容Cp2并联构成锂电池的第二阻容电路；内阻R0、第一阻容电路、第二阻容电路依次串联在电源的正极上；内电源两端的端电压即为锂电池的静态开路电压VOCV；整个锂电池两端的端电压为V；第一阻容电路两端的端电压为Vp1；第二阻容电路两端的端电压为Vp2；锂电池两端的端电压为V；锂电池的电流为i；
其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据锂电池的等效电路模型，分析得到锂电池的端电压V与锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系；即，锂电池的端电压V的值可根据锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV进行计算，V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，f为对应的关系函数；
S2，确定混合动力汽车进行动力切换的电池剩余电量的边界值，其中，纯电动力***进入燃油动力***的电池剩余电量的边界值为SOC1，燃油动力***进入纯电动力***的电池剩余电量的边界值为SOC2；
S3，在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
S4，混合动力汽车在运行过程中，实时采集锂电池组的当前温度、当前电流，并实时采集锂电池组中每个单体锂电池的单体电压，得到锂电池组中的最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；单体锂电池的单体电压即为该单体锂电池两端的端电压V；
S5，根据步骤S3的测试结果，以及根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前温度，获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
S6，根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC1时的端电压V1；
根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC2时的端电压V2；
S7，若锂电池在放电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最低单体电压Vmin是否小于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO1时的端电压V1；
若最低单体电压Vmin在连续的n秒内均为小于V1，则将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，且校准的步长为Y；
S8，若锂电池在充电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最高单体电压Vmax是否大于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO2时的端电压V2；
若最高单体电压Vmax在连续的n秒内均为大于V2，则将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC2方向进行校准，且校准的步长为Y；
S9，对校准后的电池剩余电量SOC做平滑处理。
2.根据权利要求1所述的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，其特征在于，步骤S1中，锂电池的端电压V与锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)具体为：
V(k)＝VOCV-RP1·if1(k)-RP2·if2(k)-i(k)·R0；
其中，k表示第k个采样时刻；V(k)表示第k个采样时刻下锂电池两端的端电压；i(k)表示第k个采样时刻下锂电池的电流；
if1(k)为第k个采样时刻下第一阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure FDA0002354546140000031
Figure FDA0002354546140000032
a1表示第一阻容电路一阶滞后滤波的系数；Δt表示采样周期；Vp1(k-1)表示第k-1个采样周期下第一阻容电路两端的端电压；i(k-1)表示第k-1个采样时刻下锂电池的电流；
if2(k)为第k个采样时刻下第二阻容电路一阶滞后滤波后的电流；
Figure FDA0002354546140000033
Figure FDA0002354546140000034
a2表示第二阻容电路一阶滞后滤波的系数；Vp2(k-1)表示第k-1个采样周期下第二阻容电路两端的端电压。
3.根据权利要求1所述的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，其特征在于，步骤S3中，锂电池的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2的测试方法，如下所示：
将锂电池充电至100％，静置两个小时后，以0.33C的电流依次放电5％，每放电5％，需静置两个小时；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC1时，静置两个小时后，此时测量锂电池两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV，且将此时测量得到的锂电池的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2作为锂电池的电池剩余电量为SOC1时的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
当放电至锂电池的剩余电量为SOC2时，静置两个小时后，此时测量锂电池两端的端电压V，并将静置两个小时后所测量得到的锂电池两端的端电压V作为锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV；且将此时测量得到的锂电池的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2作为锂电池的电池剩余电量为SOC2时的内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
按照上述方式，分别在不同温度下，测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及测量得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2。
4.根据权利要求1所述的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，其特征在于，步骤S7和步骤S8中，30＜n＜60。
5.根据权利要求1所述的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，其特征在于，步骤S7和步骤S8中，0＜Y＜10％。
6.根据权利要求1所述的基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，其特征在于，步骤S7，锂电池在放电过程中，将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，是指将当前锂电池的电池剩余电量SOC值调低；步骤S8中，锂电池在充电过程中，将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC2方向进行校准，是指将当前锂电池的电池剩余电量SOC值调高。
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