CN114035084A - 一种用于混合动力lfp电池的soc估算方法 - Google Patents

一种用于混合动力lfp电池的soc估算方法 Download PDF

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CN114035084A CN202111532660.0A CN202111532660A CN114035084A CN 114035084 A CN114035084 A CN 114035084A CN 202111532660 A CN202111532660 A CN 202111532660A CN 114035084 A CN114035084 A CN 114035084A
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刘长来
夏诗忠
张剑
姜璐
徐星
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Abstract

本发明涉及电池状态估算领域，公开了一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法。本发明考虑了SOH、温度、电流倍率的补偿电压，分别计算0％～100％SOC值下，当前温度、当前充放电倍率、当前健康状态相对于参考温度、参考充放电倍率、参考健康状态之间的单体电压补偿值；依据该数据和实测电压值查表(SOC‑单体电压对照数据)反推，从而预估出最接近真实值的SOC，提高了相对准确度；并针对LFP的平台区与小电流、大电流工况采取了不同SOC校正策略，尽可能地减少SOC估算误差；考虑了电池单体状态的不一致性，分别得到最大SOC与最小SOC，并输出电池包级别的平稳变化的SOC。

Description

一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法
技术领域
本发明涉及电池状态估算技术领域，特别涉及一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法。
背景技术
整车动力***需要的控制量包括电池SOC、健康状态(State of Health，SOH)、最大可充放电功率(SOP)等；而车辆运行过程中能直接测量得到的物理量仅有电池端电压(U)，电池工作电流(I)，电池温度(T)，运行时间(t)。SOC作为重要的中间量，能实现从实测的物理量(U、I、T、t)到整车所需的控制量(SOH、SOP)之间的转换。SOC的准确估计将直接影响到车辆的动力表现，而且可防止电池因过充、过放电而引起的寿命衰减和安全性问题。另一方面，磷酸铁锂(LFP)电池因安全性好、循环寿命长、成本较低等优势被广泛应用于电动汽车。然而LFP的电压平台区的SOC估计精度一直是业内关注的课题。同时，混合动力汽车实际运行中可能长时间内没有满充/满放工况，对消除SOC累积误差、SOC校正等带来挑战。
鉴于SOC的重要作用及挑战，目前SOC的估计算法主要有放电实验法、安时积分法、开路电压法、负载电压法、内阻法、神经网络法、卡尔曼滤波法等，各有其优缺点。放电实验法最为准确，但耗时长且不适用于汽车行使工况，一般仅用于SOC离线标定。安时积分法最为常用，但电流采样精度或容量标定不准确时将造成SOC计算误差，且误差随时间累加。开路电压法利用OCV与SOC的对应关系来映射SOC，在充电初期和末期时效果较好。该方法的缺点是需要电池长时间静置，以使其开路电压达到稳定状态，而且不适用于磷酸铁锂电压平台区。电池在充放电过程中，如果电流保持不变，则其负载电压随SOC变化的规律与开路电压随SOC的变化规律相似。因此，可以用负载电压估计SOC。该方法能够实时估计电池组的SOC。在恒流放电时，具有较好的效果。但在实际中，剧烈波动的电池电流给负载电压法的应用带来了困难。该方法也很少单独用于电动车中。神经网络法适用于各种电池，如果训练得比较好，则其估计误差会<10％，但其估计精度受训练样本和训练方法的影响很大，且易受干扰。卡尔曼滤波算法适应性也比较强，但该方法计算量相对较大，对***硬件要求较高。由于***建模过程中对模型的简化所带来的***噪声以及由于传感器误差所引起的测量噪声等等，导致确定性观测器得到的状态很难完全反应真实***的情况。
有一些专利中提出SOC动态修正方法。专利(CN113253114A)(“一种动力电池SOC动态校正估算方法”)提出了一种电动汽车SOC动态估算校正方法，主要通过电池试验数据的获取、行驶时电池放电等级评定以及行驶动态SOC计算，按照不同的电池放电等级选择相应等级所对应的SOC-单体电压数据进行动态校正。该估算方法仅适用于行车过程中慢速行驶且小电流放电工况的SOC动态校正，且没有充分考虑温度对SOC动态校正的影响。
专利CN109387784A(“多维度状态估算效准SOC的方法以及动态校正SOC的方法”)提出了一种考虑温度、电流倍率的SOC校准方法。首先将电量状态从0至1取N个标准电量点，存储每一标准电量点对应标准充放电倍率的温度-端电压表及每一标准电量点对应标准温度的充放电倍率-端电压表；然后计算当前温度、充放电倍率相对于标准温度、标准充放电倍率的电压补偿deltaV，依据所述电压补偿量deltaV和标准温度、标准充放电倍率对应的端电压计算当前温度、当前充放电倍率的N个标准电量点分别对应的预估端电压Vt；最后依据N个标准电量点分别对应的预估端电压Vt制作对应的标准电量-端电压对照数据，依据所述标准电量-端电压对照数据获得所述当前端电压值V对应的效准SOCCa。如果效准SOCCa与安时积分SOCAh的差值超过预设阈值，则进行SOC动态校正，校正系数k＝(1-SOCAh)/(1-SOCCa)，最终SOC的计算公式为
Figure BDA0003411365870000021
该估算方法考虑了温度、电流倍率的电压补偿，但该方法仅通过比较校准SOC与安时积分SOC之间的偏差来决定是否动态校正SOC，而未评估动态校正在LFP电芯的电压平台区以及小电流工况的适用性，可能意外引入误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，本发明考虑了SOH、温度、电流倍率的补偿电压，分别计算0～100％SOC值下，当前温度、当前充放电倍率、当前健康状态相对于参考温度、参考充放电倍率、参考健康状态之间的单体电压补偿值。依据该数据和实测电压值查表(SOC-单体电压对照数据)反推，从而预估出最接近真实值的校正SOC，提高了相对准确度；并针对LFP的平台区与小电流、大电流工况采取了不同SOC校正策略，尽可能地减少SOC估算误差；考虑了电池单体状态的不一致性，分别得到最大SOC与最小SOC，并输出电池包级别的平稳变化的SOC。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
S1：获取电芯数据：电芯测试，获取不同温度下的标准容量，不同温度下的OCV-SOC数据以及不同温度、不同电流倍率、不同SOH下的SOC-单体电压数据；
S2：确定电流等级分类：根据电流大小，将电流分多个等级，根据所述电流等级，确定每个等级下的High Crate SOC-单体电压数据、Low Crate SOC-单体电压数据及当前实际电流相对于High/Low Crate的插值系数Krate；
S3：判定是否进行SOC动态校正：根据电流绝对值大小初步判定是否允许SOC动态校正，若判定允许进行SOC动态校正，则执行步骤S4，若判定不允许进行SOC动态校正，则不进行SOC动态校正；
S4：计算补偿电压值：通过插值可计算SOH的补偿电压△VSOH，以获得当前SOH下的SOC-单体电压数据；根据已补偿SOH的SOC-单体电压数据，计算当前温度T的电压补偿量△VT；计算当前温度T下SOC＝0～100％的High Crate和Low Crate分别对应的单体电压，然后根据实测电压得到校准SOC；
S5：SOC动态校正方法的选择：若电池处于非电压平台区则使用动态校正方法1；若电池处于“假”非电压平台区，则使用动态校正方法2，若电池处于电压平台区则不进行SOC动态校正。
本发明的进一步设置为：所述步骤S2中：两个标准电流倍率下的SOC-单体电压数据，分别为定义为：
HighTabRaw＝该电流等级内，较大电流倍率所对应的SOC-单体电压数据；
LowTabRaw＝该电流等级内，较小电流倍率所对应的SOC-单体电压数据。
本发明的进一步设置为：所述步骤S4中，根据当前SOH值，选取其临近SOHk，SOHk+1分别为作为两个参考SOH值，且SOHk＜SOH＜SOHk+1，SOHk健康状态下得到的SOC-单体电压数据为
Figure BDA0003411365870000031
SOHk+1健康状态下得到的SOC-单体电压数据为
Figure BDA0003411365870000032
利用公式计算出补偿电压△VSOH，然后得到当前SOH对应的SOC-单体电压数据：
Figure BDA0003411365870000033
HighTabSOH＝ΔVSOH+HighTabRaw
LowTobSOH＝ΔVSOH+LowTabRaw
本发明的进一步设置为：述步骤S4中，根据当前温度T，选择临近的标准温度Tk和Tk+1，作为参考温度，其中Tk＜T＜Tk+1，根据电流分级及所获得已补偿SOH的SOC-单体电压数据，得到温度Tk，Tk+1所对应的电压Vk，Vk+1；在温度为Tk+1，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为Vk+1，Hi；温度Tk，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为Vk，Hi；电流倍率为High Crate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1电压补偿量ΔVT，Hi；电流倍率为Low Crate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1电压补偿量ΔVT，Lo；得到温度为T时，电流倍率为High Crate和Low Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为：
VT,Hi＝Vk,Hi+ΔVT,Hi
VT,Lo＝Vk,Lo+ΔVT,Lo
相应地，可以获得当前温度T下SOC＝0～100％的High Crate和Low Crate分别对应的单体电压。
本发明的进一步设置为：所述步骤S4中，考虑了温度与SOH的电压补偿量之后，得到当前温度T下以High Crate和Low Crate的倍率进行充放电的SOC-单体电压曲线HighTabSOH，T，LowTabSOH，T，两条曲线中Vmax所对应的SOC值分别为SOC(HighTabSOH，T，Vmax)和SOC(LowTabSOH，T，Vmax)；Vmin所对应的SOC值分别为SOC(HightTabSOH，T，Vmin)和SOC(LowTabSOH，T，Vmin)。
本发明的进一步设置为：所述步骤5中动态校正方法1中：根据电压补偿量计算得到的当前最大单体电压对应的SOCmax，cal、校正系数K1和安时积分得到的SOCcal，max(t)，计算出t+1时刻计算的动态校正的最大校正SOCcal，max(t+1)和最小校正SOCcal，min(t+1)。
本发明的进一步设置为：所述步骤S5中动态校正方法1中：根据电压补偿量计算得到的当前t时刻最大单体电压对应的SOCmax，cal(t)、校正系数k1和安时积分得到的SOC，计算出t+1时刻的最大校正SOCcal，max(t+1)；根据电压补偿量计算得到的当前最小单体电压对应的SOCmin，cal、校正系数k1和安时积分得到的SOC，计算出t+1时刻最小校正SOCcal，min(t+1)。
本发明的进一步设置为：所述动态校正方法2与所述动态校正方法1的区别在于：所述最大校正SOCcal，max和最小校正SOCcal，min的计算方式不同。
本发明的进一步设置为：所述混合动力LFP电池的SOC由最高单体SOCmax和最低单体SOCmin计算得出：
Figure BDA0003411365870000041
本发明的有益效果是：
1、本发明考虑了SOH、温度、电流倍率的补偿电压。分别计算0％～100％SOC值下，当前温度、当前充放电倍率、当前健康状态相对于参考温度、参考充放电倍率、参考健康状态之间的单体电压补偿值。依据该数据和实测电压值查表(SOC-单体电压对照数据)反推，从而预估出最接近真实值的校正SOC，提高了相对准确度。
2、本发明针对LFP的平台区与小电流、大电流工况采取了不同SOC校正策略，尽可能地减少SOC估算误差。
3、本发明考虑了电池单体状态的不一致性，分别得到最大SOC与最小SOC，并输出电池包级别的平稳变化的SOC。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法的***框图。
图2是本发明一种用于混合动力LFP电池的SOC估算的流程图。
图3是本发明一种用于混合动力LFP电池的电压补偿计算过程。
图4是本发明一种用于混合动力LFP电池的动态SOC校正过程。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明旨在于提供一种适用于混合动力LFP电芯的SOC估算方法，以解决上述背景技术中存在的问题。本发明提出的方法包括以下六个步骤。
步骤一 获取电芯数据
SOC估算所需的电芯数据包括但不限于以下三类。
1.1不同温度下的标准容量
a)在25℃下，用标准充电流程将电池满充至100％SOC，静置30min后再以标准放电流程满放至0％SOC，记录放电容量；
b)重复a)3次，计算三次平均放电容量的平均值作为25℃下的标准容量；
c)在-30～60℃之间每隔5℃，重复步骤a)～b)，获得不同温度下的标准容量。
1.2不同温度下的OCV-SOC数据
a)在25℃下，用标准充电流程将电池满充至100％SOC，静置3h；
b)以1/3C恒流放电，放5％SOC的电量，静置3h，记录OCV值；
c)每隔5％SOC，重复a)～b)，直至0％SOC。
d)静置3h，1/3C恒流充电，充5％SOC的电量，再静置3h，记录OCV值；
e)每隔5％SOC，重复c)～d)，直至100％SOC；
f)在-30～60℃之间每隔5℃，重复步骤a)～e)，获得不同温度下的标准容量。
1.3不同温度、不同电流倍率、不同SOH下的SOC-单体电压数据
a)在25℃下，用标准充电流程将电池满充至100％SOC，再以1/3C恒流放电直至0％SOC，每隔5％SOC记录单体电压值；
b)在25℃下，以1/3C恒流充电直至100％SOC，每隔5％SOC记录单体电压值；
c)同理，以1/30C，1/20C，1/10C，1/5C重复步骤a)～b)，获得常温下不同倍率的充放电SOC-单体电压数据；
d)-30～60℃之间每隔5℃，重复步骤a)～c)，获得不同温度、不同倍率的SOC-单体电压数据；选择不同健康状态的电芯重复a)～d)，获得不同SOH、不同温度、不同倍率的SOC-单体电压数据。
步骤二 电流等级分类
本文约定，充电方向为负，放电方向为正。
2.1根据电流大小，将电流分多个等级，分别记作Num 1，Num 2，Num 3，Num 4，Num5...；
2.2在步骤1.3中已获得多个标准充放电电流倍率，分别为Crate 1，Crate 2，Crate 3，Crate4，Crate 5，…；本实例中，Crate 1＝1/30C，Crate 2＝1/20C，Crate 3＝1/10C，Crate 4＝1/5C，Crate 5＝1/3C；
2.3平均电流绝对值小于等于Crate 1时，判定为Num0；平均电流绝对值在Crate 1与Crate 2之间时，判定为Num1；平均电流绝对值在Crate 2与Crate 3之间时，判定为Num2；平均电流绝对值在Crate 3与Crate 4之间时，判定为Num3；平均电流绝对值在Crate 4与Crate 5之间时，判定为Num4；平均电流绝对值大于Crate 5时，判定为Num 5；
2.4根据所述电流等级，确定每个等级下的HighCrateSOC-单体电压数据、LowCrateSOC-单体电压数据及当前实际电流相对于High/Low Crate的插值系数krate；
在该等级内，分别有两个标准电流倍率下的SOC-单体电压数据，分别为定义为：
HighTabRaw＝该电流等级内，较大电流倍率所对应的SOC-单体电压数据
LowTabRaw＝该电流等级内，较小电流倍率所对应的SOC-单体电压数据
插值系数krate定义为：
krate＝(Current-Low Crate)/(High Crate-Low Crate)
实例说明：
以电流分级Num 1为例进行说明：
HighTabRaw＝Crate 2下的标准SOC-单体电压数据
LowTabRaw＝Crate 1下的标准SOC-单体电压数据
krate＝(Current-Crate 1)/(Crate 2-Crate 1)
步骤三判定SOC动态校正的条件
根据电流绝对值大小初步判定是否允许SOC动态校正。
3.1如果平均电流大于预设电流阈值1，则不允许SOC动态校正。本实例中，预设电流阈值1为Crate 5；
3.2如果平均电流小于阈值电流阈值2，则不允许SOC动态校正。本实例中，预设阈值电流2为电流传感器零漂电流值和电流采样精度两者中较大值，即预设阈值＝max(电流传感器零漂电流值，电流采样精度)。
步骤四 补偿电压的计算
电池健康状态SOH、温度、电流倍率都会影响SOC-单体电压数据。故本文主要考虑这三个因素的影响及其电压补偿量。
4.1 SOH的电压补偿
步骤1.3已获取从SOH＝100％至SOH＝0％，分别有SOH1，SOH2，...，SOHn不同健康状态下的SOC-单体电压数据(从SOH1，至SOHn，SOH值递减)。通过插值可计算SOH的补偿电压ΔVSOH，以获得当前SOH下的SOC-单体电压数据。
4.1.1根据当前SOH值，选择其临近的SOH区间，分别为SOHk，SOHk+1作为两个参考SOH值，且SOHk＜SOH＜SOHk+1
4.1.2本实例中，采样线性插值的方法计算补偿电压
Figure BDA0003411365870000071
其中，ΔVSOH为当前SOH相对于参考SOH的电压补偿量；
Figure BDA0003411365870000072
为健康状态为SOHk下得到的SOC-单体电压数据；同理，
Figure BDA0003411365870000073
为健康状态为SOHk+1下得到的SOC-单体电压数据。
4.1.3根据补偿电压，更新当前SOH所对应的SOC-单体电压数据
HighTabSOH＝ΔVSOH+HighTabRaw
LowTabSOH＝ΔVSOH+LowTabRaw
4.2温度的电压补偿
步骤1.3中已获得-30～60℃多个标准温度点下的SOC-单体电压数据。通过插值可计算温度的补偿电压ΔVT，以获得当前温度点的SOC-单体电压数据。
为便于理解，下文先以SOC＝0％为例进行说明。
4.2.1获得当前温度T，当前的电流倍率Crate，当前最大、最小单体电压Vmax、Vmin
4.2.2根据当前温度T，选择临近的标准温度Tk和Tk+1，作为参考温度。其中Tk＜T＜Tk+1
4.2.3根据步骤4.1.3所获的已补偿SOH的SOC-单体电压数据，查温度Tk，Tk+1所对应的电压Vk，Vk+1。具体为：
a)根据步骤二，判定当前的电流倍率Crate的所在电流分级
b)根据电流分级，确定High TabSOH和LowTabSOH
c)分别确定Tk，Tk+1所对应的电压Vk，Hi，Vk+1，Hi，Vk，Lo，Vk+1，Lo
4.2.4计算当前温度T相对于参考温度点Tk和Tk+1电压补偿量ΔVT
Figure BDA0003411365870000081
Figure BDA0003411365870000082
此处的下标‘Hi’表示实际电流所在的电流分级内较大的电流倍率High Crate，下标‘Lo’表示实际电流所在的电流分级内较小的电流倍率Low Crate。
Vk+1，Hi为温度Tk+1，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压；Vk，Hi为温度Tk，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压。ΔVT，Hi表示，电流倍率为High Crate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1的电压补偿量。同理，ΔVT，Lo表示，电流倍率为Low Crate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1电压补偿量。
4.2.5根据步骤4.2.1～4.2.4可计算SOC＝0％时，考虑温度补偿后，当前温度T对应的单体电压
VT,Hi＝Vk,Hi+ΔVT,Hi
VT,Lo＝Vk,Lo+ΔVT,Lo
其中，VT，Hi表示当前温度T下，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压；
VT，Lo表示当前温度T下，电流倍率为Low Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压。
4.2.6同理，根据步骤4.2.1～4.2.5，可以依次计算当前温度T下SOC＝0～100％的High Crate和Low Crate分别对应的单体电压，记作HighTabSOH，T，LowTabSOH，T。
4.2.7再根据当前电压实测电压Vmax、Vmin在HighTabSOH，T，LowTabSoH，T找到对应的SOC，即为校准SOC：
a)Vmax对应的是最大单体SOC，即
Figure BDA0003411365870000091
b)Vmin对应的是小单体SOC，即
SOCmin,cal＝SOC(HighTabsoH,T，Vmin)*krate+SOC(LowTabsOH,T，Vmin)*(1-krate)
其中，krate为步骤2.4中确定的插值系数；
High TabSOH，T为考虑了温度和SOH的电压补偿量之后，当前温度下以High Crate的倍率进行充放电的SOC-单体电压曲线。SOC(High TabSOH，T，Vmax)为该曲线中Vmax所对应的SOC；
LowTabSOH，T为考虑了温度和SOH的电压补偿量之后，当前温度下以Low Crate的倍率进行充放电的SOC-单体电压曲线。SOC(LowTabSOH，T，Vmin)为该曲线中Vmin所对应的SOC；
SOCmax，cal为考虑电压补偿后，当前温度T、当前SOH、当前电流倍率下，最大单体电压Vmax对应的SOC。同理，SOCmin，cal为考虑电压补偿后，当前温度T、当前SOH、当前电流倍率下，最小单体电压Vmin对应的SOC。
到步骤四为止，已获得考虑温度、SOH和电流倍率这三个影响因素的校正SOC值。
步骤五SOC动态校正
5.1根据是否处于LFP电压平台区，选择不同的SOC动态校正方法。
5.1.1若电池处于非电压平台区则使用动态校正方法1。非电压平台区定义为：
a)电池处于放电工况，步骤4.2.7计算得到的SOC值小于电压平台区下边界值SOC_PlatLow；
b)或者电池处于充电工况，步骤4.2.7计算得到的SOC值大于电压平台区上边界值SOC_PlatHigh；
5.1.2若电池处于电压平台区则不进行SOC动态校正，电压平台区定义为：
a)电池处于放电工况，步骤4.2.7计算得到的SOC值大于电压平台区下边界值SOC_PlatLow，且上一时刻BMS输出的SOC大于SOC_PlatLow；
b)或者电池处于充电工况，步骤4.2.7计算得到的SOC值小于电压平台区上边界值SOC_PlatHigh，且上一时刻BMS输出的SOC小于SOC_PlatHigh；
5.1.3若电池处于“假”非电压平台区，则使用动态校正方法2。“假”非电压平台区定义为：
a)电池处于放电工况，步骤4.2.7计算得到的SOC值大于电压平台区下边界值SOC_PlatLow，但上一时刻BMS输出的SOC小于SOC_PlatLow。说明上一时刻的SOC可能存在较大的累积误差；
b)电池处于充电工况，且步骤4.2.7计算得到的SOC值小于电压平台区上边界值SOC_PlatHigh，但上一时刻BMS输出的SOC大于SOC_PlatHigh。说明上一时刻的SOC可能存在较大的累积误差；
对于上述两种“假”非平台区，校正SOC和上一个时刻的SOC都有可能存在误差。故相比校正方法1，动态校正方法2中根据电压补偿计算的校正SOC的权重将降低。
5.2动态校正方法1-适用于非平台区的SOC动态校正
a)开始校正前：先用安时积分法计算SOC，
Figure BDA0003411365870000101
在本实例中，t0为10s，确保采样值正确且较稳定后再开启动态校正。
b)开始校正：
SOCcal，max(t+1)＝k1·SOCcal，max(t)+(1-k1)·SOCmax，cal
SOCcal，max(t+1)为t+1时刻最大校正SOC；SOCcal，max(t)为t时刻最大校正SOC；SOCmax，ca为步骤4.2.7中根据电压补偿量计算得到的当前最大单体电压对应的SOC。k1为0～1的校正系数，k1越小，表示越信任动态校正方法。
c)校正后的最大SOC为
Figure BDA0003411365870000102
k2为SOC更新系数，根据校正量SOCcal，max逐渐修正安时积分SOC。避免SOC在校正时“陡降”、“陡升”等跳变。
同理，校正后的最小SOC为
Figure BDA0003411365870000103
SOCcal，min(t+1)＝k1·SOCcal，min(t)+(1-k1)·SOCmin，cal
Figure BDA0003411365870000104
5.3动态校正方法2-适用于“假”非平台区的SOC校正
与校正方法1相比，方法2的主要区别在于步骤b)校正SOC的计算，如下所示。
SOCcal，max(t+1)＝SOCcal，max(t)+k3·(SOCmax，cal-SOCcal，max(t))
SOCcal，min(t+1)＝SOCcal，min(t)+k3·(SOCmin，cal-SOCcal，min(t))
其中：SOCcal，max(t+1)，SOCcal，max(t)，SOCcal，min(t+1)，SOCcal，min(t)，k1的定义与5.2中的描述相同。
k3是0～1的标定量，用于缩小SOC累积误差。若上一个时刻BMS输出的SOC小于按照步骤4.2.7计算的校正SOC，则朝着增大SOC的方向来动态调整SOC。反之亦然。
为避免引入额外的误差，建议k3取一个较小的数值，平缓地调整SOC。
步骤六计算显示SOC
对于一个电池包，最高单体SOC和最低单体SOC具有很好的代表性。
以一次电池包满充测试为例，电池包SOC应该满足以下特点：
当最低单体SOCmin＝0％时，电池包SOC＝0％；
当最高单体SOCmax＝100％时，电池包SOC＝100％；
在0～100％之间电池包SOC应当平缓变化。
根据以上原则可得出电池包SOC由最高单体SOC和最低单体SOC的计算表达式
Figure BDA0003411365870000111
本发明考虑了SOH、温度、电流倍率的补偿电压，分别计算0～100％SOC值下，当前温度、当前充放电倍率、当前健康状态相对于参考温度、参考充放电倍率、参考健康状态之间的单体电压补偿值。依据该数据和实测电压值查表(SOC-单体电压对照数据)反推，从而预估出最接近真实值的校正SOC，提高了相对准确度；并针对LFP的平台区与小电流、大电流工况采取了不同SOC校正策略，尽可能地减少SOC估算误差；考虑了电池单体状态的不一致性，分别得到最大SOC与最小SOC，并输出电池包级别的平稳变化的SOC。

Claims (9)

1.一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取电芯数据：电芯测试，获取不同温度下的标准容量，不同温度下的OCV-SOC数据以及不同温度、不同电流倍率、不同SOH下的SOC-单体电压数据；
S2：确定电流等级分类：根据电流大小，将电流分多个等级，根据所述电流等级，确定每个等级下的High Crate SOC-单体电压数据、Low Crate SOC-单体电压数据及当前实际电流相对于High/Low Crate的插值系数Krate；
S3：判定是否进行SOC动态校正：根据电流绝对值大小初步判定是否允许SOC动态校正，若判定允许进行SOC动态校正，则执行步骤S4，若判定不允许进行SOC动态校正，则不进行SOC动态校正；
S4：计算补偿电压值：通过插值可计算SOH的补偿电压ΔVSOH，以获得当前SOH下的SOC-单体电压数据；根据已补偿SOH的SOC-单体电压数据，计算当前温度T的电压补偿量ΔVT；计算当前温度T下SOC＝0％～100％的High Crate和Low Crate分别对应的单体电压，然后根据实测电压计算得到校准SOC；
S5：SOC动态校正方法的选择：若电池处于非电压平台区则使用动态校正方法1；若电池处于“假”非电压平台区，则使用动态校正方法2，若电池处于电压平台区则不进行SOC动态校正。
2.根据权利要求1所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S2中：两个标准电流倍率下的SOC-单体电压数据，分别为定义为：
High Tab Raw＝该电流等级内，较大电流倍率所对应的SOC-单体电压数据；
Low Tab Raw＝该电流等级内，较小电流倍率所对应的SOC-单体电压数据。
3.根据权利要求2所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据当前SOH值，选取其临近SOHk，SOHk+1分别为作为两个参考SOH值，且SOHk＜SOH＜SOHk+1，SOHk健康状态下得到的SOC-单体电压数据为
Figure FDA0003411365860000011
SOHk+1健康状态下得到的SOC-单体电压数据为
Figure FDA0003411365860000012
利用公式计算出补偿电压ΔVSOH，然后得到当前SOH对应的SOC-单体电压数据：
Figure FDA0003411365860000013
HighTabSOH＝ΔVSOH+HighTabRaw
LowTabSOH＝ΔVSOH+LowTabRaw。
4.根据权利要求3所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据当前温度T，选择临近的标准温度Tk和Tk+1，作为参考温度，其中Tk＜T＜Tk+1，根据电流分级及所获得已补偿SOH的SOC-单体电压数据，得到温度Tk，Tk+1所对应的电压Vk，Vk+1；在温度为Tk+1，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为Vk+1，Hi；温度Tk，电流倍率为High Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为Vk，Hi；电流倍率为HighCrate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1电压补偿量ΔVT，Hi；电流倍率为Low Crate时，当前温度T相对于两个参考温度Tk，Tk+1电压补偿量ΔVT，Lo；得到温度为T时，电流倍率为High Crate和Low Crate时，SOC＝0％时所对应的单体电压为：
VT，Hi＝Vk，Hi+ΔVT，Hi
VT，Lo＝Vk，Lo+ΔVT，Lo
相应地，可以获得当前温度T下SOC＝0％～100％的High Crate和Low Crate分别对应的单体电压。
5.根据权利要求4所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S4中，考虑了温度与SOH的电压补偿量之后，得到当前温度T下以High Crate和LowCrate的倍率进行充放电的SOC-单体电压曲线High TabSOH，T，Low TabSOH，T，两条曲线中Vmax所对应的SOC值分别为SOC(High TabSOH，T，Vmax)和SOC(Low TabSOH，T，Vmax)；Vmin所对应的SOC值分别为SOC(High TabSOH，T，Vmin)和SOC(Low TabSOH，T，Vmin)。
6.根据权利要求5所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S5中动态校正方法1中：根据电压补偿量计算得到的当前t时刻最大单体电压对应的SOCmax，cal(t)、校正系数k1和安时积分得到的SOC，计算出t+1时刻最大校正SOCcal，max(t+1)；根据电压补偿量计算得到的当前最小单体电压对应的SOCmin，cal、校正系数k1和安时积分得到的SOC，计算出t+l时刻最小校正SOCcal，min(t+1)。
7.根据权利要求6所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述步骤S5中动态校正方法1通过以下方式进行计算：根据校正量SOCcal，max和SOCcal，min逐渐修正安时积分的SOC，得到校正后的SOCmax和校正后的SOCmin。
8.根据权利要求6所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述动态校正方法2与所述动态校正方法1的区别在于：所述最大校正SOCcal，max和最小校正SOCcal，min的计算方式不同。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于混合动力LFP电池的SOC估算方法，其特征在于：所述混合动力LFP电池的SOC由最高单体SOCmax和最低单体SOCmin计算得出：
Figure FDA0003411365860000021
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