CN112379291B - 一种锂电池***的soc估计方法及其*** - Google Patents
一种锂电池***的soc估计方法及其*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种锂电池***的SOC估计方法及其***,发明包括:根据每个单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差,将标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,获取每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式;将每个单体电压曲线结合标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到单体SOH预估值;根据每个单体电池的单体SOH预估值获取得到锂电池***的***SOH预估值;对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,得到充放电容量预估值;根据***SOH预估值和充放电容量预估值获取***SOC预估值;结合对应的***工况对***SOC预估值进行校准操作。本发明的有益效果:通过精准预估SOH进而准确预估SOC。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域,尤其涉及一种锂电池***的SOC估计方法及其***。
背景技术
目前电池***的SOC预估算法通常采用开路电压法、安时积分法、神经网络法、电池等效电路模型法和卡尔曼滤波法;同时目前锂离子电池***的电池控制***所用的电为电池提供。
然而目前的神经网络法、电池等效电路模型法、卡尔曼滤波法均需要大量的数据进行提取模型,因此目前电池***SOC预估主要运用的开路电压法和安时积分法。同时目前锂离子电池***的控制***采用电为电池侧。
现有技术中预估SOH主要采用循环与容量衰减成线性关系的方法进行预估,而锂离子电池寿命衰减并非与循环成正相关,因此SOH随着循环次数的增加误差持续增加;由于磷酸铁锂电池在10%-90%SOC态,平台较为平稳,SOC与电压的关系没有明显关系,采用开路电压法会造成SOC态显示由20%SOC快速下降至5%SOC,且在10%-90%SOC态预估误差非常大;利用安时积分法预估SOC态,引用SOH作为分母,由于目前方法预估SOH误差大,导致SOC预估误差大;并且现有技术中的***SOC预估方法无法兼容不同工况、不同类型电池。电池***为电池控制***供电也将影响***SOC预估的准确度。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,现提供一种锂电池***的SOC估计方法及其***。
具体技术方案如下:
一种锂电池***的SOC估计方法,其中,包括以下步骤:
获取锂电池***的标准充放电曲线,锂电池***包括多个单体电池;
获取每个单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差,并根据时间点电压差将标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,以及获取每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式;
获取每个单体电池在对应的***工况下的单体电压曲线,并将每个单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到单体SOH预估值;
根据每个单体电池的单体SOH预估值获取得到锂电池***的***SOH预估值;
实时获取所述锂电池***的充放电电流和充放电时间,并对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,以得到充放电容量预估值;
根据***SOH预估值和充放电容量预估值获取得到***SOC预估值;
结合对应的***工况对***SOC预估值进行对应的校准操作。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,标准充放电曲线为单体电池或锂电池***在对应的***工况下的100%SOC-0%SOC的充放电曲线。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,获取每个单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差,并根据时间点电压差将标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,以及获取每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式,具体包括以下步骤:
获取单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
当时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第一标准曲线分区间中;或
当时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第二标准曲线分区间中;或
当时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第三标准曲线分区间中;
其中,第一时间点电压差阈值小于第二时间点电压差阈值;
获取第一标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第一标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第一标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第一标准曲线分区间的充放电容量;和
获取第二标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第二标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第二标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第二标准曲线分区间的充放电容量;和
获取第三标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第三标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第三标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第三标准曲线分区间的充放电容量;
采用直线模型,并依照最小二乘法分别拟合出第一标准曲线分区间、第三标准曲线分区间和第二标准曲线分区间的充放电标定公式;
其中,充放电标定公式包括充电状态下的充电标定公式和放电状态下的放电标定公式。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,获取每个单体电池在对应的***工况下的单体电压曲线,并将每个单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到单体SOH预估值,包括以下步骤:
获取单体电池于对应的***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
当时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第一单体曲线分区间中;或
当时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第二单体曲线分区间中;或
当时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第三单体曲线分区间中;
其中,第一时间点电压差阈值小于第二时间点电压差阈值;
根据第一标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到第一单体曲线分区间的曲线方程,并根据第一单体曲线分区间的曲线方程计算得到第一有效时间;和
根据第二标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到单体电压曲线的第二单体曲线分区间的曲线方程,并根据第二单体曲线分区间的曲线方程计算得到第二有效时间;和
将第三标准曲线分区间的充放电容量作为第三单体曲线分区间的第三分区间容量;
根据第一有效时间、第二有效时间和第三分区间容量获取最大发挥容量;
根据最大发挥容量和额定容量计算得到单体SOH预估值。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,根据单体SOH预估值获取得到锂电池***的***SOH预估值,具体包括以下步骤:
获取所有单体电池的电压,并根据最大电压和最小电压的差得到单体电池之间的单体电池电压差;
判断单体电池电压差是否大于预设单体电池电压差阈值;
若是,将最小电压对应的单体电池的单体SOH预估值作为***SOH预估值;
若否,对所有单体电池的电压做均值处理后获取得到***SOH预估值。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,锂电池***的充放电容量包括锂电池***的充电容量和锂电池***的放电容量;
充放电容量预估值包括锂电池***的充电容量预估值和锂电池***的放电容量预估值。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中实时获取所述锂电池***的充放电电流和充放电时间,并对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,以得到充放电容量预估值,还具体包括以下步骤:
根据标准曲线分区间的充放电容量获取锂电池***的充电容量和锂电池***的放电容量;
根据下述公式对锂电池***的充电容量进行积分处理,以得到锂电池***的充电容量预估值;
CCH=∫Ic(dtc);
其中,CCH用于表示所述锂电池***的充电容量预估值;
Ic用于表示所述锂电池***的充电电流;
tc用于表示所述锂电池***的充电时间;
和
根据下述公式所述锂电池***的放电电流和放电时间进行积分处理,以得到所述锂电池***的放电容量预估值;
CDCH=∫If(dtf);
其中,CDCH用于表示所述锂电池***的放电容量预估值;
If用于表示所述锂电池***的放电电流;
tf用于表示锂电池***的放电时间。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,根据***SOH预估值和充放电容量预估值获取得到***SOC预估值,包括:
根据***SOH预估值和充电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);
根据***SOH预估值和放电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CDCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);
其中,在上述公式中,SOC初始态用于表示SOC的初始值,SOC初始态=1-CDCH*100%/(Cmax);
ξ用于表示单体电池的满放电与满充电的比例。
优选的,锂电池***的SOC估计方法,其中,***工况包括第一***工况、第二***工况、第三***工况和第四***工况;
第一***工况的荷电态范围为100%SOC-xSOC;
第二***工况的荷电态范围为ySOC-0%;
第三***工况的荷电态范围为mSOC-nSOC;
第四***工况的荷电态范围为100%SOC-0%SOC;
其中,m≠n,0<x、y、m、n<1;和/或
结合对应的***工况对***SOC预估值进行对应的校准操作,具体包括以下步骤:
处于第一***工况时,充电后的***SOC预估值校准到100%SOC;和/或
处于第二***工况时,放电后的***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于第三***工况时,当单体电池出现电压充电保护时,将***SOC预估值校准到100%SOC,或当单体电池出现电压放电保护时,将***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于第四***工况时,充电后的***SOC预估值校准到100%SOC,或放电后的***SOC预估值校准到0%SOC。
一种锂电池***的SOC估计***,其中,采用上述任一锂电池***的SOC估计方法。
上述技术方案具有如下优点或有益效果:通过单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到每个单体电池的单体SOH预估值,并根据所有单体SOH预估值获取***SOH预估值,随后根据***SOH预估值获取***SOC预估值,并对***SOC预估值进行校准操作,以实现通过精准预估SOH进而准确预估SOC;
通过单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到每个单体电池的单体SOH预估值,实现对不同工况和不同电池的SOC的预估。
附图说明
参考所附附图,以更加充分的描述本发明的实施例。然而,所附附图仅用于说明和阐述,并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明锂电池***的SOC估计方法的实施例的流程图;
图2为本发明锂电池***的SOC估计方法的实施例的放电曲线图;
图3为本发明锂电池***的SOC估计方法的实施例的充电曲线图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
本发明包括一种锂电池***的SOC估计方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S1,获取锂电池***的标准充放电曲线,锂电池***包括多个单体电池;
步骤S2,获取每个单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点的时间点电压差,并根据时间点电压差将标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,以及获取每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式;
此时,获取得到每个单体电池的每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式;
步骤S3,获取每个单体电池在***工况下的单体电压曲线,并将每个单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到单体SOH预估值;
此时,获取每个单体电池的单体SOH预估值;
步骤S4,根据每个单体电池的单体SOH预估值获取得到锂电池***的***SOH预估值;和
实时获取所述锂电池***的充放电电流和充放电时间,并对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,以得到充放电容量预估值;
步骤S5,根据***SOH预估值和充放电容量预估值获取得到***SOC预估值;
步骤S6,结合对应的***工况对***SOC预估值进行对应的校准操作。
在上述实施例中,本申请通过单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到每个单体电池的单体SOH预估值,并根据所有单体SOH预估值获取***SOH预估值,随后根据***SOH预估值获取***SOC预估值,并对***SOC预估值进行校准操作,以实现通过精准预估SOH进而准确预估SOC。
在上述实施例中,通过获取每个单体电池在***工况下的单体电压曲线,以及通过单体电压曲线结合每个标准曲线分区间和标准曲线分区间对应的充放电标定公式计算得到每个单体电池的单体SOH预估值,实现对不同电池和不同工况地准确预估SOC。
在上述实施例中,通过单体电池避免影响电池***SOC预估的准确度。
进一步地,在上述实施例中,标准充放电曲线为单体电池或锂电池***在对应的***工况下的100%SOC-0%SOC的充放电曲线。
作为优选的实施方式,根据锂电池***的锂离子电芯类型,可以将单体电池在对应的***工况下的100%SOC-0%SOC的充放电曲线作为标准充放电曲线。
作为优选的实施方式,也可以直接将锂电池***在***工况下的100%SOC-0%SOC的充放电曲线作为标准充放电曲线。
进一步地,在上述实施例中,如图2-3所示,步骤S2具体包括以下步骤:
步骤S21,获取单体电池于标准***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
步骤S22,当时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第一标准曲线分区间中;或
当时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第二标准曲线分区间中;或
当时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将标准充放电曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第三标准曲线分区间中;
其中,第一时间点电压差阈值小于第二时间点电压差阈值;
步骤S23,获取第一标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第一标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第一标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第一标准曲线分区间的充放电容量;和
获取第二标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第二标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第二标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第二标准曲线分区间的充放电容量;和
获取第三标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第三标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据第三标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第三标准曲线分区间的充放电容量;
步骤S24,采用直线模型,并依照最小二乘法分别结合第一标准曲线分区间、第二标准曲线分区间、第三标准曲线分区间的充放电容量拟合出对应于第一标准曲线分区间、第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间的充放电标定公式;
其中,充放电标定公式包括充电状态下的充电标定公式和放电状态下的放电标定公式。
作为优选的实施方式,其中,标准***工况的荷电态范围为100%SOC-0%SOC;
首先,获取单体电池于标准***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点的时间点电压差,
如下述公式所示:
ΔV=Vt+Δt-Vt;(1)
其中,在上述公式(1)中,ΔV用于表示时间点电压差;
t用于表示时间点;
Δt用于表示预设时间间隔;
其中t的时间单位为s,0<Δt<3600,单体电池的电压的单位为mV;
随后,根据时间点电压差与第一时间点电压差阈值和/第二时间点电压差阈值之间的关系将时间点电压差所在的单体电压划分到对应的标准曲线分区间中,其中标准曲线分区间包括第一标准曲线分区间、第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间;
当|ΔV|≤α时,将时间点电压差所在的单体电压划分到第一标准曲线分区间;
当α<|ΔV|<β时,将时间点电压差所在的单体电压划分到第二标准曲线分区间;
当|ΔV|≥β时,将时间点电压差所在的单体电压划分到第三标准曲线分区间;
其中,α用于表示第一时间点电压差阈值,β用于表示第二时间点电压差阈值;
其中,0<α、β<3600,α<β;
接着,获取第一标准曲线分区间于充电时的充电区间,可以将第一曲线分区的充电区间记为ACH,获取第一标准曲线分区间于放电时的放电区间,可以将第一曲线分区的放电区间记为ADCH;
根据第一标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第一标准曲线分区间的充放电容量,并将第一标准曲线分区间的充放电容量记为CACH&CADCH,即第一标准曲线分区间的充电容量为CACH,第一标准曲线分区间的放电容量为CADCH;以及
获取第二标准曲线分区间于充电时的充电区间,可以将第二曲线分区的充电区间记为BCH,获取第二标准曲线分区间于放电时的放电区间,可以将第二曲线分区的放电区间记为BDCH;
根据第二标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第二标准曲线分区间的充放电容量,并将第二标准曲线分区间的充放电容量记为CBCH&CBDCH,即第二标准曲线分区间的充电容量为CBCH,第二标准曲线分区间的放电容量为CBDCH;以及
获取第三标准曲线分区间于充电时的充电区间,可以将第三曲线分区的充电区间记为CCH,获取第三标准曲线分区间于放电时的放电区间,可以将第三曲线分区的放电区间记为CDCH;
根据第三标准曲线分区间的充电区间和放电区间计算得到第三标准曲线分区间的充放电容量,并将第三标准曲线分区间的充放电容量记为CCCH&CCDCH,即第三标准曲线分区间的充电容量为CCCH,第三标准曲线分区间的放电容量为CCDCH;
然后,获取充电时的第一标准曲线分区间和第二标准曲线分区间的电压交界点,并将上述电压交界点记为VαCH;
获取充电时的第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间的电压交界点,并将上述电压交界点记为VβCH;以及
获取放电时的第一标准曲线分区间和第二标准曲线分区间的电压交界点,并将上述电压交界点记为VαDCH;
获取放电时的第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间的电压交界点,并将上述电压交界点记为VβDCH;
此处的交界点仅为曲线交点,用于计算曲线区间长度,无特别作用;
随后,在充电时采用直线模型,并依照最小二乘法分别拟合出第一标准曲线分区间的充电标定公式,如下述公式所示:
y1′=kA′X+bA′;(2)
其中,在上述公式(2)中,y1′用于表示第一标准曲线分区间的充电标定公式的纵坐标,即电压;
kA′用于表示第一标准曲线分区间的充电标定公式的直线斜率;
X用于表示第一标准曲线分区间的充电标定公式的横坐标,即时间;
bA′用于表示第一标准曲线分区间的充电标定公式的直线与纵坐标的截距;
在充电时采用直线模型,并依照最小二乘法分别拟合出第二标准曲线分区间的充电标定公式,如下述公式所示:
y2′=kB′X+bB′;(3)
其中,在上述公式(3)中,y2′用于表示第二标准曲线分区间的充电标定公式的纵坐标,即电压;
kB′用于表示第二标准曲线分区间的充电标定公式的直线斜率;
X用于表示第二标准曲线分区间的充电标定公式的横坐标,即时间;
bB′用于表示第二标准曲线分区间的充电标定公式的直线与纵坐标的截距;
以及
在放电时采用直线模型,并依照最小二乘法分别拟合出第一标准曲线分区间的放电标定公式,如下述公式所示:
y1″=kA″X+bA″;(4)
其中,在上述公式(4)中,y1″用于表示第一标准曲线分区间的放电标定公式的纵坐标,即电压;
kA″用于表示第一标准曲线分区间的放电标定公式的直线斜率;
X用于表示第一标准曲线分区间的放电标定公式的横坐标,即时间;
bA″用于表示第一标准曲线分区间的放电标定公式的直线与纵坐标的截距;
在放电时采用直线模型,并依照最小二乘法分别拟合出第二标准曲线分区间的放电标定公式,如下述公式所示:
y2″=kB″X+bB″;(5)
其中,在上述公式(5)中,y2″用于表示第二标准曲线分区间的放电标定公式的纵坐标,即电压;
kB″用于表示第二标准曲线分区间的放电标定公式的直线斜率;
X用于表示第二标准曲线分区间的放电标定公式的横坐标,即时间;
bB″用于表示第二标准曲线分区间的放电标定公式的直线与纵坐标的截距。
如图2所示,以3.2V105Ah磷酸铁锂方形电池在0.5C倍率放电为例,如图2为3.2V105Ah磷酸铁锂方形电池在0.5C倍率放电电压随时间变化的放电曲线图。
进一步地,在上述实施例中,如图3所示,所诉步骤S3包括以下步骤:
步骤S31,获取单体电池于对应的***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
当时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第一单体曲线分区间中;或
当时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第二单体曲线分区间中;或
当时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将单体电压曲线上的时间点电压差所在的单体电压划分到第三单体曲线分区间中;
其中,第一时间点电压差阈值小于第二时间点电压差阈值;
步骤S32,根据第一标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到第一单体曲线分区间的曲线方程,并根据第一单体曲线分区间的曲线方程计算得到第一有效时间;和
根据第二标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到单体电压曲线的第二单体曲线分区间的曲线方程,并根据第二单体曲线分区间的曲线方程计算得到第二有效时间;和
将第三标准曲线分区间的充放电容量作为第三单体曲线分区间的第三分区间容量;
其中,在本实施例中,第三单体曲线分区间的容量在循环预估中近似认为不变,因此可以对第三单体曲线分区间不做标定,即可以根据初始的第三标准曲线分区间得到的容量估计得到第三单体曲线分区间的最大容量。
步骤S33,根据第一有效时间、第二有效时间和第三分区间容量获取最大发挥容量;
步骤S34,根据最大发挥容量和额定容量计算得到单体SOH预估值。
作为优选的实施方式,可以获取单体电池于对应的***工况下的第一单体曲线分区间、第二单体曲线分区间和第三单体曲线分区间;
根据第一标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到第一单体曲线分区间的曲线方程,如下述公式所示:
y1=k1X1+b1;(6)
其中,在上述公式(6)中,y1用于表示第一单体曲线分区间的曲线方程的纵坐标,即电压;
k1用于表示第一单体曲线分区间的曲线方程的直线斜率;
X1用于表示第一单体曲线分区间的曲线方程的横坐标,即时间;
b1用于表示第一单体曲线分区间的曲线方程的直线与纵坐标的截距;
以及
根据第二标准曲线分区间的充放电标定公式获取得到单体电压曲线的第二单体曲线分区间的曲线方程,如下述公式所示:
y2=k2X2+b2;(7)
其中,在上述公式(7)中,y2用于表示用于表示第二单体曲线分区间的曲线方程的纵坐标,即电压;
k2用于表示第二单体曲线分区间的曲线方程的直线斜率;
X2用于表示第二单体曲线分区间的曲线方程的横坐标,即时间;
b2用于表示第二单体曲线分区间的曲线方程的直线与纵坐标的截距;
随后,当***工况为充电时,将第一单体曲线分区间的曲线方程的斜率与第一标准曲线分区间的充电标定公式的斜率进行判断,当k1>kA′,那么设置k1≈kA′,
将第二单体曲线分区间的曲线方程的斜率与第二标准曲线分区间的充电标定公式的斜率进行判断,当k2>kB′,那么设置k2≈kB′;
并且设置y1=VαDCH,以及y1=y2,设置y2=VβDCH,以及y1=y2;
其中,VαDCH用于表示充电时的第一标准曲线分区间和第二标准曲线分区间的电压交界点;
VβDCH用于表示充电时的第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间的电压交界点;
接着,根据上述公式(6)-(7)得出第一有效时间(X1)和第二有效时间(X2);
随后,根据第一有效时间、第二有效时间和第三分区间容量获取最大发挥容量;
具体的,作为优选的:计算得到第一分区间容量和第二分区间容量,接着将第一分区间容量、第二分区间容量和第三分区间容量相加得到最大发挥容量;
例如,当锂电池***为恒流工况时;
第一、获取第一分区间容量如下述公式所示:
C1=I×X1;(8)
在上述公式(8)中,C1用于表示第一分区间容量;
I用于表示恒流工况下的电流;
X1用于表示第一有效时间;
根据第二有效时间计算得到第二分区间容量;
第二、获取第二分区间容量如下述公式所示:
C2=I×X2;(9)
在上述公式(9)中,C2用于表示第二分区间容量;
I用于表示恒流工况下的电流;
X2用于表示第二有效时间;
第三、将第一分区间容量、第二分区间容量和第三分区间容量相加得到最大发挥容量,如下述公式所示:
Cmax=C1+C2+CCDCH;(10)
在上述公式(10)中,Cmax用于表示最大发挥容量。
例如,当锂电池***为恒功率工况时;
第一、获取第一分区间容量如下述公式所示:
C1′=∫P/y(dX1);(11);
在上述公式(11)中,C1′用于表示第一分区间容量;
P用于表示恒功率工况下的功率;
y用于表示恒功率工况下的电芯或***工作电压;
X1用于表示第一有效时间;
第二、获取第二分区间容量如下述公式所示:
C2′=∫P/y(dX2);(12)
在上述公式(12)中,C2′用于表示第二分区间容量;
P用于表示恒功率工况下的功率;
y用于表示恒功率工况下的电芯或***工作电压;
X2用于表示第二有效时间。
第三、将第一分区间容量、第二分区间容量和第三分区间容量相加得到最大发挥容量,如下述公式所示:
Cmax=C1′+C2′+CCDCH;(13)
其中,在上述公式(13)中,Cmax用于表示最大发挥容量;
其中,在上述两个实施例中可以通过获取第一有效时间和第二有效时间的端点来计算得到第一有效时间和第二有效时间;
X1=t2-t1;(14)
X2=t3-t2;(15)
在上述公式(14)-(15)中,
获取得到的第一有效时间的区间为{t1,t2}和第二有效区间的区间为{t2,t3};
t1用于表示y1在SOH预估算法中第一有效时间的区间的横坐标起点;
t2用于表示y1在SOH预估算法中第一有效时间的区间的横坐标终点或y2在SOH预估算法中第二有效区间的区间的横坐标起点;
t3用于表示y2在SOH预估算法中第二有效区间的区间的横坐标终点。
最后根据最大发挥容量和额定容量计算得到单体SOH预估值,如下述公式所示:
SOH=Cmax/Ce*100%;(16)
其中,在上述公式(16)中,Cmax用于表示最大发挥容量;
Ce用于表示额定容量;
上述实施方式可以得到***工况为充电时的单体SOH预估值;
同理可得,当***工况为放电时的第一标准曲线分区间和第二标准曲线分区间的电压交界点,第二标准曲线分区间和第三标准曲线分区间的电压交界点;
并计算得到***工况为放电时的单体SOH预估值。
进一步地,在上述实施例中,步骤S4中的根据单体SOH预估值获取得到锂电池***的***SOH预估值,具体包括以下步骤:
步骤S41,获取所有单体电池的电压,并根据最大电压和最小电压的差得到单体电池之间的单体电池电压差;
步骤S42,判断单体电池电压差是否大于预设单体电池电压差阈值;
若是,将最小电压对应的单体电池的单体SOH预估值作为***SOH预估值;
若否,对所有单体电池的电压做均值处理后获取得到***SOH预估值。
在上述实施例中,当单体电池电压差小于或等于预设单体电池电压差阈值时,说明此时的锂电池***中的所有单体电池的一致性较好,那么此时只需要对***总压做平均压差曲线,即对所有单体电池的电压做均值处理,随后将平均压差曲线依照标准充放电曲线的每个标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式预估得到***SOH预估值。
进一步地,在上述实施例中,锂电池***的充放电容量包括锂电池***的充电容量和锂电池***的放电容量;
充放电容量预估值包括锂电池***的充电容量预估值和锂电池***的放电容量预估值;
步骤S4中的实时获取所述锂电池***的充电电流和充电时间,并对所述锂电池***的充电电流和充电时间进行积分处理,以得到充电容量预估值,还具体包括以下步骤:
步骤S43,实时获取所述锂电池***的充电电流和充电时间;
步骤S44,根据下述公式对所述锂电池***的充电电流和充电时间进行积分处理,以得到所述锂电池***的充电容量预估值;
CCH=∫Ic(dtc);(17)
其中,在上述公式(17)中,CCH用于表示锂电池***的充电容量预估值;
Ic用于表示充电电流;
tc用于表示充电时间;
步骤S4中的实时获取所述锂电池***的放电电流和放电时间,并对所述锂电池***的放电电流和放电时间进行积分处理,以得到放电容量预估值,还具体包括以下步骤:
步骤S45,实时获取所述锂电池***的放电电流和放电时间;
步骤S46,根据下述公式所述锂电池***的放电电流和放电时间进行积分处理,以得到所述锂电池***的放电容量预估值;
CDCH=∫If(dtf);(18)
其中,在上述公式(18)中,CDCH用于表示锂电池***的放电容量预估值;
If用于表示放电电流;
tf用于表示放电时间。
在上述实施例中,通过安时积分法预估锂电池***的充放电容量,以增加预估的准确度。
进一步地,在上述实施例中,***工况包括第一***工况、第二***工况、第三***工况和第四***工况;
第一***工况的荷电态范围为100%SOC-xSOC;
第二***工况的荷电态范围为ySOC-0%;
第三***工况的荷电态范围为mSOC-nSOC;
第四***工况的荷电态范围为100%SOC-0%SOC;
其中,m≠n,0<x、y、m、n<1;
m用于表示0-1的常数;
n用于表示0-1的常数;
X用于表示0-1的常数;
y用于表示0-1的常数。
其中,决定荷电态(SOC态)为100%SOC的因素为单体电池出现电压充电保护;
决定荷电态(SOC态)为0%SOC的因素为单体电池出现电压放电保护。
在上述实施例中,所述充放电容量预估值包括充电容量预估值和放电容量预估值;
所述根据所述***SOH预估值和所述充放电容量预估值获取得到***SOC预估值,包括:
根据所述***SOH预估值和所述充电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);(19)
通过上述公式(19)获取得到充电工况下的***SOC预估值;
根据所述***SOH预估值和所述放电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CDCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);(20)
通过上述公式(20)获取得到放电工况下的***SOC预估值;
其中,在上述公式(19)和(20)中,SOC初始态用于表示SOC的初始值,SOC初始态=1-CDCH*100%/(Cmax);
ξ用于表示单体电池的满放电与满充电的比例。
进一步地,在上述实施例中,步骤S6具体包括以下步骤:
处于第一***工况时,充电后的***SOC预估值校准到100%SOC;和/或
处于第二***工况时,放电后的***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于第三***工况时,当单体电池出现电压充电保护时,将***SOC预估值校准到100%SOC,或当单体电池出现电压放电保护时,将***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于第四***工况时,充电后的***SOC预估值校准到100%SOC,或放电后的***SOC预估值校准到0%SOC。
还提供一种锂电池***的SOC估计***,其中,采用如上述任一锂电池***的SOC估计方法。
具体的,作为优选的实施方式,可以将本实施例中采用的SOC估计***与现有技术中的SOC估计***进行比较,如下所示:
第一步,获取采用如上述任一锂电池***的SOC估计方法的锂电池***的SOC估计***,并将该SOC估计***记为BMS0;
获取现有技术中的市场A的具备SOC及SOH状态评估的BMS电池控制***,并将该BMS电池控制***记为BMS1,其中BMS1采用了背景技术中的采用循环与容量衰减成线性关系的方法进行预估的方法;
获取现有技术中的市场B的具备SOC及SOH状态评估的BMS电池控制***,并将该BMS电池控制***记为BMS2,其中BMS2采用了背景技术中的采用神经网络进行预估的方法;
第二步,将BMS0与第一个2P80S的256V250Ah磷酸铁锂***连接;
将BMS1与第二个2P80S的256V250Ah磷酸铁锂***连接;
将BMS2与第三个2P80S的256V250Ah磷酸铁锂***连接;
第三步,设置比较参数,例如:
对照环境:室温25±2℃;
工作功率:16kW恒功率充放;
SOC工作区间:20%-80%PSOC循环;248V-276V;
单体电压保护:放电2.5V,充电3.7V。
接着,循环n(其中n为表中的循环次数)次时,分别读取BMS0/1/2对磷酸铁锂***在电压250V的SOC预估值;
并用充放电设备对磷酸铁锂***进行工况充放电2次,得到磷酸铁锂***的充放电曲线,求取磷酸铁锂***的SOC准确值(充放电2次时的SOC值的平均值);
将SOC预估值与SOC准确值进行比较,以得到SOC误差值,如下表1所示:
表1
在上表1中,可以得到在每个循环中,BMS0得到的SOC误差均小于BMS1和BMS2得到的SOC误差,因此本发明相较于现有技术能够更加准确地得到SOC的预估值。
本发明锂电池***的SOC估计***的具体实施方式与上述锂电池***的SOC估计方法各实施例基本相同,在此不再赘述。
以上仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取锂电池***的标准充放电曲线,所述锂电池***包括多个单体电池;
获取每个所述单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差,并根据所述时间点电压差将所述标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,以及获取每个所述标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式;
获取每个所述单体电池在对应的***工况下的单体电压曲线,并将每个所述单体电压曲线结合每个所述标准曲线分区间和所述标准曲线分区间对应的所述充放电标定公式计算得到单体SOH预估值;
根据每个所述单体电池的所述单体SOH预估值获取得到所述锂电池***的***SOH预估值;
实时获取所述锂电池***的充放电电流和充放电时间,并对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,以得到充放电容量预估值;
根据所述***SOH预估值和所述充放电容量预估值获取得到***SOC预估值;
结合对应的所述***工况对所述***SOC预估值进行对应的校准操作。
2.如权利要求1所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述标准充放电曲线为所述单体电池或所述锂电池***在所述***工况的荷电态范围为100%SOC-0%SOC的充放电曲线。
3.如权利要求1所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述获取每个所述单体电池的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差,并根据所述时间点电压差将所述标准充放电曲线划分为多个标准曲线分区间,以及获取每个所述标准曲线分区间的充放电容量和充放电标定公式,具体包括以下步骤:
获取所述单体电池于标准***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
当所述时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将所述标准充放电曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第一标准曲线分区间中;或
当所述时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将所述标准充放电曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第二标准曲线分区间中;或
当所述时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将所述标准充放电曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第三标准曲线分区间中;
其中,所述第一时间点电压差阈值小于所述第二时间点电压差阈值;
获取所述第一标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第一标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据所述第一标准曲线分区间的所述充电区间和所述放电区间计算得到所述第一标准曲线分区间的所述充放电容量;和
获取所述第二标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第二标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据所述第二标准曲线分区间的所述充电区间和所述放电区间计算得到所述第二标准曲线分区间的所述充放电容量;和
获取所述第三标准曲线分区间于充电时的充电区间,和获取第三标准曲线分区间于放电时的放电区间,并根据所述第三标准曲线分区间的所述充电区间和所述放电区间计算得到所述第三标准曲线分区间的所述充放电容量;
采用直线模型,并依照最小二乘法分别结合所述第一标准曲线分区间、所述第二标准曲线分区间、所述第三标准曲线分区间的所述充放电容量拟合出对应于所述第一标准曲线分区间、所述第二标准曲线分区间和所述第三标准曲线分区间的所述充放电标定公式;
其中,所述充放电标定公式包括充电状态下的充电标定公式和放电状态下的放电标定公式。
4.如权利要求3所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述获取每个所述单体电池在对应的***工况下的单体电压曲线,并将每个所述单体电压曲线结合每个所述标准曲线分区间和所述标准曲线分区间对应的所述充放电标定公式计算得到单体SOH预估值,包括以下步骤:
获取所述单体电池于***工况下的每两个相隔预设时间间隔的时间点之间的时间点电压差;
当所述时间点电压差小于或等于第一时间点电压差阈值时,将所述单体电压曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第一单体曲线分区间中;或
当所述时间点电压差大于第一时间点电压差阈值并小于第二时间点电压差阈值时,将所述单体电压曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第二单体曲线分区间中;或
当所述时间点电压差大于或等于第二时间点电压差阈值时,将所述单体电压曲线上的所述时间点电压差所在的单体电压划分到第三单体曲线分区间中;
其中,所述第一时间点电压差阈值小于所述第二时间点电压差阈值;
根据所述第一标准曲线分区间的所述充放电标定公式获取得到所述第一单体曲线分区间的曲线方程,并根据所述第一单体曲线分区间的曲线方程计算得到第一有效时间;和
根据所述第二标准曲线分区间的所述充放电标定公式获取得到所述单体电压曲线的第二单体曲线分区间的曲线方程,并根据所述第二单体曲线分区间的曲线方程计算得到第二有效时间;和
将所述第三标准曲线分区间的所述充放电容量作为所述第三单体曲线分区间的第三分区间容量;
根据所述第一有效时间、所述第二有效时间和所述第三分区间容量获取最大发挥容量;
根据所述最大发挥容量和额定容量计算得到所述单体SOH预估值。
5.如权利要求1所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述根据所述单体SOH预估值获取得到所述锂电池***的***SOH预估值,具体包括以下步骤:
获取所有所述单体电池的电压,并根据最大电压和最小电压的差得到所述单体电池之间的单体电池电压差;
判断所述单体电池电压差是否大于预设单体电池电压差阈值;
若是,将最小电压对应的所述单体电池的所述单体SOH预估值作为所述***SOH预估值;
若否,对所有所述单体电池的电压做均值处理后获取得到所述***SOH预估值。
6.如权利要求5所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述锂电池***的充放电容量包括所述锂电池***的充电容量和所述锂电池***的放电容量;
所述充放电容量预估值包括所述锂电池***的充电容量预估值和所述锂电池***的放电容量预估值。
7.如权利要求6所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述实时获取所述锂电池***的充放电电流和充放电时间,并对所述锂电池***的充放电电流和充放电时间进行积分处理,以得到充放电容量预估值,还具体包括以下步骤:
实时获取所述锂电池***的充电电流和充电时间以及所述锂电池***的放电电流和放电时间;
根据下述公式对所述锂电池***的充电电流和充电时间进行积分处理,以得到所述锂电池***的充电容量预估值;
CCH=∫Ic(dtc);
其中,CCH用于表示所述锂电池***的充电容量预估值;
Ic用于表示所述锂电池***的充电电流;
tc用于表示所述锂电池***的充电时间;
和
根据下述公式对所述锂电池***的放电电流和放电时间进行积分处理,以得到所述锂电池***的放电容量预估值;
CDCH=∫If(dtf);
其中,CDCH用于表示所述锂电池***的放电容量预估值;
If用于表示所述锂电池***的放电电流;
tf用于表示所述锂电池***的放电时间。
8.如权利要求7所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,
所述根据所述***SOH预估值和所述充放电容量预估值获取得到***SOC预估值,包括:
根据所述***SOH预估值和所述充电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);
根据所述***SOH预估值和所述放电容量预估值获取得到***SOC预估值,如下述公式所示:
SOC=SOC初始态±CDCH×ξ×100%/(SOH×额定容量);
其中,在上述公式中,SOC初始态用于表示SOC的初始值,SOC初始态=1-CDCH*100%/(Cmax);
ξ用于表示所述单体电池的满放电与满充电的比例。
9.如权利要求1所述的锂电池***的SOC估计方法,其特征在于,所述***工况包括第一***工况、第二***工况、第三***工况和第四***工况;
所述第一***工况的荷电态范围为100%SOC-xSOC;
所述第二***工况的荷电态范围为ySOC-0%;
所述第三***工况的荷电态范围为mSOC-nSOC;
所述第四***工况的荷电态范围为100%SOC-0%SOC;
其中,m≠n,0<x、y、m、n<1;和/或
所述结合对应的所述***工况对所述***SOC预估值进行对应的校准操作,具体包括以下步骤:
处于所述第一***工况时,充电后的所述***SOC预估值校准到100%SOC;和/或
处于所述第二***工况时,放电后的所述***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于所述第三***工况时,当所述单体电池出现电压充电保护时,将所述***SOC预估值校准到100%SOC,或当所述单体电池出现电压放电保护时,将所述***SOC预估值校准到0%SOC;和/或
处于所述第四***工况时,充电后的所述***SOC预估值校准到100%SOC,或放电后的所述***SOC预估值校准到0%SOC。
10.一种锂电池***的SOC估计***,其特征在于,采用如权利要求1-9任一所述的锂电池***的SOC估计方法。
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