CN113049961A - 一种磷酸铁锂电池的dzsoc算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其在充分考虑负载功率影响和电池特性的前提下，首次提出死区SOC（DZSOC）的概念，采用本发明提供的DZSOC算法，在DZSOC阈值熔断机制下，能有效的保护电池的使用，避免深度放电，从而延长电池的寿命。同时，本发明还利用改进的等效电路模型来估算当前荷电状态NSOC，具有更加高的精度；通过准确估算磷酸铁锂电池的当前荷电状态，不仅可以有效防止电池过充和过放，避免对电池造成永久性的伤害，大大提高电池的寿命；而且可以大大减小电池性能设计时的剩余容量，确保电池的容量充分使用。

Description

一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法

技术领域

本发明涉及到磷酸铁锂电池放电管理***技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池的DZSOC（Dead Zone SOC）算法。

背景技术

近几年，电子产品中磷酸铁锂电池的需求量大大增加。锂电池可以满足电动汽车的需求，这类电池在未来动力能源领域举足轻重。锂电池过放电是锂电池的放电电量大于电池的额定容量。如果电池放到某一特定电压以下，虽然电池内部的安全电路会启动，但这个时候电池就会出现寿命受损，甚至使电池报废期提前。目前，国内外的学者都将注意力集中在SOC的预估和电池管理***的研究上，没有对电池的放电截止点进行分析研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于一种能有效的保护电池的使用、避免深度放电、从而延长电池寿命的磷酸铁锂电池DZSOC算法。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，包括如下步骤：1）测量电池的电压、电流；2）通过OCV函数计算电池当前荷电状态NSOC；3）判断当前荷电状态NSOC是否大于最低荷电状态LSOC；如果否，则以最低荷电状态LSOC为DZSOC；如果是，则通过电压、电流计算输出功率P₀、并进一步判断P₀是否大于负载功率P_L；如果P₀＞P_L，则继续电池放电使用，如果P₀≤P_L，则以当前荷电状态NSOC为DZSOC，并停止电池放电。

OVC函数为：OVC_i=y(SOC_i,w)+ε_i。 （1）。

。 （2）。

式中，SOC _i 和OCV _i 分别对应剩余电量和电源开路电压值，ε_i是采集噪声，符合高斯 分布；w是可调节权值，权值可通过上面公式迭代得出；实现步骤如下：a）初始化参数和数据 集合，确定初始权值w；并将SOC值与w值带入式（2）中计算

，随后计算 误差平方

,将r ² 升序排列,并依据r ² 的顺序排列

，最后将 这个

集合的前一半作为T₀；b）利用新的T₀集合来更新w，随后通过新的w来更新 y和

，利用

来判断噪声的大小，设定一个阀值，当

小于阀值时，以此来更新T₀；c）根据 新集合来更新权值，并通过新权值对参数进行重新计算；d）重复步骤b）和步骤c），直到得到 稳定的权值，随后代入SOC和对应的权值，就得到OCV的值，完成了OCV与SOC的算法。

更为优选的是，最低荷电状态LSOC的取值为20%。

更为优选的是，利用改进的PNGV等效电路模型来估计当前荷电状态NSOC的变化情况。

更为优选的是，改进的PNGV等效电路模型是在PNGV等效电路模型的基础上增加了一组RC回路并取消了串联电容。

更为优选的是，在改进的PNGV等效电路模型中，用E₀表示电池的初始开路电压，用Rs表示电池的欧姆阻抗，用R₁-C₁回路表示电池的电化学极化，用R₂-C₂表示锂离子在电极上的扩散过程。

更为优选的是，在改进的PNGV等效电路模型中，具体模型公式和参数识别方法如下：利用脉冲放电法对电池NSOC进行参数识别；电池开路电压为。

。 （3）。

。 （4）。

K_U1取值1.89—1.92，K_S1取值14.00—15.12。

。 （5）。

K_SC1取值-25.11—-24.92，K_SC2取值33.10—34.22，K_SC3取值-4.30—-4.42， K_SC4取值0.51—0.62。

。 （6）。

K_SR1取值-4.11—-4.92，K_SR2取值0.90—0.98，K_SR3取值-0.73—-0.74，K_SR4取值0.19—0.22。

。 （7）。

K_U2取值0.032—0.043，K_S2取值1.15—1.23。

。 （8）。

K_SR5取值2.41—2.43，K_SE取值-3.13—-3.27，K_SR6取值为0.05270—0.5280。

。 （9）。

K_SC5取值-7.31—-7.42，K_SC6取值25.11—26.62。

R_S取值0.0119—0.0120。

本发明的有益效果是。

一、本发明在充分考虑负载功率影响和电池特性的前提下，首次提出死区SOC（DZSOC）的概念，采用本发明提供的DZSOC算法，在DZSOC阈值熔断机制下，能有效的保护电池的使用，避免深度放电，从而延长电池的寿命。

二、利用改进的等效电路模型来估算当前荷电状态NSOC具有更加高的精度。通过准确估算磷酸铁锂电池的当前荷电状态，不仅可以有效防止电池过充和过放，避免对电池造成永久性的伤害，大大提高电池的寿命；而且可以大大减小电池性能设计时的剩余容量，确保电池的容量充分使用。

附图说明

图1所示为本发明提供的DZSOC算法的具体流程图。

图2所示为当前荷电状态的估算等效电路模型。

具体实施方式

下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

名词解释：DZSOC，Dead Zone SOC的英文缩写；SOC，state of charge的英文缩写。

电池的DZSOC是电动汽车可持续行驶的最低阈值直接依据，本实施例提供的一种磷酸铁锂电池DZSOC算法，其基本原理是：充分考虑负载功率影响和电池的特性，提出DZSOC的算法。

如图1所示，DZSOC算法的具体流程为：1）测量电池的电压、电流；2）通过OCV函数计算电池当前荷电状态NSOC；3）判断当前荷电状态NSOC是否大于最低荷电状态LSOC；如果否，则以最低荷电状态LSOC为DZSOC；如果是，则通过电压、电流计算输出功率P₀、并进一步判断P₀是否大于负载功率P_L；如果P₀＞P_L，则继续电池放电使用，如果P₀≤P_L，则以当前荷电状态NSOC为DZSOC，并停止电池放电。

本专利首次提出死区SOC（DZSOC）的概念，采用本实施例提供的DZSOC算法，在DZSOC阈值熔断机制下，能有效的保护电池的使用，避免深度放电，从而延长电池的寿命。

本算法中，LSOC是LOW SOC的缩写，一般取值为20%。NSOC是NOW SOC的缩写。

OVC函数为：OVC_i=y(SOC_i,w)+ε_i （1）。

（2）。

式中，SOC _i 和OCV _i 分别对应剩余电量和电源开路电压值；ε_i是采集噪声，符合高斯分布。w是可调节权值，权值可通过上面公式迭代得出。

实现步骤如下。

1）初始化参数和数据集合，确定初始权值w；并将SOC值与w值带入式（2）中计算

，随后计算误差平方

,将r ² 升序排列,并依据r ² 的 顺序排列

，最后将这个

集合的前一半作为T₀。

2）利用新的T₀集合来更新w。随后通过新的w来更新y和

。利用

来判断噪声的 大小，设定一个阀值，当

小于阀值时，以此来更新T₀。

3）根据新集合来更新权值，并通过新权值对参数进行重新计算。

4）重复步骤2）和3），直到得到稳定的权值。随后代入SOC和对应的权值，就得到OCV的值，完成了OCV与SOC的算法。

图2所示为当前荷电状态NSOC的数学模型图，用来估计当前荷电状态NSOC的变化情况。从图2可以看出，NSOC数学模型是一种改进的PNGV等效电路模型，其在PNGV等效电路模型的基础上增加了一组RC回路并取消了串联电容。

图2中，E₀表示电池的初始开路电压，Rs为电池的欧姆阻抗，R₁-C₁回路表示电池的电化学极化，R₂-C₂表示锂离子在电极上的扩散过程。

NSOC数学模型的具体模型公式和参数识别方法如下。

利用脉冲放电法对电池NSOC进行参数识别。电池开路电压为。

（3）。

（4）。

K_U1取值1.89—1.92，K_S1取值14.00—15.12。

（5）。

K_SC1取值-25.11—-24.92，K_SC2取值33.10—34.22，K_SC3取值-4.30—-4.42， K_SC4取值0.51—0.62。

（6）。

K_SR1取值-4.11—-4.92，K_SR2取值0.90—0.98，K_SR3取值-0.73—-0.74，K_SR4取值0.19—0.22。

（7）。

K_U2取值0.032—0.043，K_S2取值1.15—1.23。

（8）。

K_SR5取值2.41—2.43，K_SE取值-3.13—-3.27，K_SR6取值为0.05270—0.5280。

（9）。

K_SC5取值-7.31—-7.42，K_SC6取值25.11—26.62。

R_S取值0.0119—0.0120。

与现有技术相比，利用图2所示的等效电路模型来估算当前荷电状态NSOC具有更加高的精度。通过准确估算磷酸铁锂电池的当前荷电状态，不仅可以有效防止电池过充和过放，避免对电池造成永久性的伤害，大大提高电池的寿命；而且可以大大减小电池性能设计时的剩余容量，确保电池的容量充分使用。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (6)

1.一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，包括如下步骤：1）测量电池的电压、电流；2）通过OCV函数计算电池当前荷电状态NSOC；3）判断当前荷电状态NSOC是否大于最低荷电状态LSOC；如果否，则以最低荷电状态LSOC为DZSOC；如果是，则通过电压、电流计算输出功率P₀、并进一步判断P₀是否大于负载功率P_L；如果P₀＞P_L，则继续电池放电使用，如果P₀≤P_L，则以当前荷电状态NSOC为DZSOC，并停止电池放电；

OVC函数为：OVC_i=y(SOC_i,w)+ε_i （1）

（2）

式中，SOC _i 和OCV _i 分别对应剩余电量和电源开路电压值，ε_i是采集噪声，符合高斯分布；w是可调节权值，权值可通过上面公式迭代得出；实现步骤如下：

a）初始化参数和数据集合，确定初始权值w；并将SOC值与w值带入式（2）中计算

，随后计算误差平方

,将r ² 升序排列,并依据r ² 的 顺序排列

，最后将这个

集合的前一半作为T₀；

b）利用新的T₀集合来更新w，随后通过新的w来更新y和

，利用

来判断噪声的大小，设 定一个阀值，当

小于阀值时，以此来更新T₀；

c）根据新集合来更新权值，并通过新权值对参数进行重新计算；

d）重复步骤b）和步骤c），直到得到稳定的权值，随后代入SOC和对应的权值，就得到OCV的值，完成了OCV与SOC的算法。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，最低荷电状态LSOC的取值为20%。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，利用改进的PNGV等效电路模型来估计当前荷电状态NSOC的变化情况。

4.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，改进的PNGV等效电路模型是在PNGV等效电路模型的基础上增加了一组RC回路并取消了串联电容。

5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，在改进的PNGV等效电路模型中，用E₀表示电池的初始开路电压，用Rs表示电池的欧姆阻抗，用R₁-C₁回路表示电池的电化学极化，用R₂-C₂表示锂离子在电极上的扩散过程。

6.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池的DZSOC算法，其特征在于，在改进的PNGV等效电路模型中，具体模型公式和参数识别方法如下：

利用脉冲放电法对电池NSOC进行参数识别；

电池开路电压为：

； （3）

； （4）

K_U1取值1.89—1.92，K_S1取值14.00—15.12；

； （5）

K_SC1取值-25.11—-24.92，K_SC2取值33.10—34.22，K_SC3取值-4.30—-4.42， K_SC4取值0.51—0.62；

； （6）

K_SR1取值-4.11—-4.92，K_SR2取值0.90—0.98，K_SR3取值-0.73—-0.74，K_SR4取值0.19—0.22；

（7）

K_U2取值0.032—0.043，K_S2取值1.15—1.23；

； （8）

K_SR5取值2.41—2.43，K_SE取值-3.13—-3.27，K_SR6取值为0.05270—0.5280；

； （9）

K_SC5取值-7.31—-7.42，K_SC6取值25.11—26.62；

R_S取值0.0119—0.0120。

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