CN115808630A - 一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN115808630A CN202111081360.5A CN202111081360A CN115808630A CN 115808630 A CN115808630 A CN 115808630A CN 202111081360 A CN202111081360 A CN 202111081360A CN 115808630 A CN115808630 A CN 115808630A
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刘昨非
魏强
于朋君
陈晓宇
王书博
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Abstract

本发明公开了一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法、装置及存储介质,包括:读取历史SOC;获取当前的电池状态,基于所述电池状态根据所述历史SOC确定电池的SOC,其中,所述电池状态包括上电和下电;当所述电池状态为上电时,基于所述历史SOC采用安时积分和恒压充电校准计算电池的SOC;当所述电池状态为下电时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC。

Description

一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法、装置及存储 介质
技术领域
本发明涉及电动汽车电池技术领域,具体地涉及一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法、装置及存储介质。
背景技术
当前电动车市场迅速发展,三元锂电池由于能量密度较高,应用较为广泛,但同时也带来了许多问题。在能源上,三元锂电池的广泛应用使新能源汽车对于镍钴等稀有金属的依赖性增大;在安全上,三元锂电池的化学机理致使电池自燃、***、燃烧的可能性增大;在成本上,三元锂电池的成本较高,进而导致整车价格居高不下。基于以上背景,不依赖稀有金属、具有更高安全性、更低成本的磷酸铁锂电池又一次走入人们的视线。
对于三元锂电池,电池管理***中的SOC计算模块一般采用安时积分计算,并在静置后采用OCV开路电压校准,以弥补安时积分误差;但是对于磷酸铁锂电池,由于它的OCV曲线较为平缓,难以通过静置OCV开路电压进行准确的SOC校准,导致磷酸铁锂电动车电池管理***SOC计算准确性较低。
基于以上背景,现有的SOC计算方法并不适用于磷酸铁锂电池,提出更适用于磷酸铁锂电动车电池管理***的SOC融合计算方法,解决磷酸铁锂电池SOC计算不准确的问题。
发明内容
为解决上述问题的至少一个方面,本发明提供一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法,包括:读取历史SOC;获取当前的电池状态,基于所述电池状态根据所述历史SOC确定电池的SOC,其中,所述电池状态包括上电和下电;当所述电池状态为上电时,基于所述历史SOC采用安时积分和恒压充电校准计算电池的SOC;当所述电池状态为下电时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
优选地,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC的步骤包括:根据测量精度确定所述开路电压对应的电压区间[Umin,Umax],其中,Umin=U-1,Umax=U+1,U为开路电压;基于所述SOC曲线获取电压区间[Umin,Umax]对应的SOCrefmin和SOCrefmax,确定的所述SOC置信区间为[SOCrefmin,SOCrefmax];当所述历史SOC大于等于SOCrefmin且小于等于SOCrefmax时,存储所述历史SOC;当所述历史SOC小于SOCrefmin或大于SOCrefmax时,存储的SOC为所述SOCrefmin和所述SOCrefmax的平均值。
优选地,当所述电池状态为下电时,在所述获取电池的开路电压步骤前,还包括:获取所述电池状态的持续时间,并根据所述电池状态的持续时间计算电池的SOC;当所述电池状态的持续时间小于等于设定时间时,存储所述历史SOC;当所述电池状态的持续时间大于所述设定时间时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
优选地,当所述电池状态为上电时,基于所述历史SOC采用安时积分计算电池的SOC步骤还包括:判断所述电池状态的上电状态为充电或放电;当所述电池状态为放电时,采用安时积分计算电池的SOC,并存储计算得到的SOC;当所述电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC。
优选地,当所述电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC步骤之后,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC步骤之前还包括:在SOC等于预设阶跃阈值时,对SOC进行恒压充电校准。
优选地,对SOC进行恒压充电校准的步骤中,控制电池进行恒压充电至充电电流小于预设电流时,完成恒压充电校准。
另一方面,提供一种装置,包括:存储模块,所述存储模块用于存储SOC;采集模块,所述采集模块用于采集电池的电流和电压;计算模块,所述计算模块与所述存储模块通信连接以读取历史SOC和/或存储SOC,所述计算模块与所述采集模块通信连接以接收所述采集模块采集的电流和电压,所述计算模块与电池管理***通信连接,以实现如前任一所述车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
另一方面,提供一种存储介质,所述存储介质用于存储计算机程序指令,所述计算机程序指令在由处理器执行时实现如前任一所述车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
本发明实施例的车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法具有如下有益效果:
(1)通过在电池状态为下电时采用SOC置信区间对SOC进行校准,增加SOC值的准确性。
(2)通过在电池状态为充电时,对SOC在预设阶跃阈值和等于1时进行恒压充电校准,以增加确定的SOC值的准确性。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能,可以参考附图中所示的实施方式。本领域技术人员应该理解,附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式,对本发明的范围没有任何限制作用。
图1示出了根据本发明实施例的车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明,其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解,应当将它们认为仅仅是示范性的。因此,本领域普通技术人员应当认识到,可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改,而不会背离本公开的范围和精神。同样,为了清楚和简明,以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括,即“包括但不限于”。除非特别申明,术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个,本公开的一个实施例提出了一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法,包括:读取历史SOC;获取当前的电池状态,基于电池状态根据历史SOC确定电池的SOC,其中,电池状态包括上电和下电;当电池状态为上电时,基于历史SOC采用安时积分和恒压充电校准计算电池的SOC;当电池状态为下电时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定开路电压对应的SOC置信区间,基于SOC置信区间对历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
具体地,电池管理***用于电池端电压的测量、电池组总电压测量、电池组总电流测量、动态监测动力电池组的工作状态、数据记录及分析、SOC(State of Charge,即电池荷电状态)计算和通讯组网功能等,以实现对电池的监控、管理和维护。在本实施例中,通过电池管理***读取前一时刻存储的历史SOC,以启动对电池的荷电状态的计算;通过电池管理***获取电池的电压和电流以及对电池的动态监测结果,以判断电池当前的状态,并根据电池当前的状态基于读取的历史SOC对电池的SOC进行计算。
当根据电池管理***获取的电池信息确定电池当前为上电状态时,采用安时积分算法计算SOC。其中,
充电状态的SOC计算公式为:
Figure BDA0003264178440000041
放电状态的SOC计算公式为:
Figure BDA0003264178440000042
SOC0为读取的历史SOC,Q为电池充满电时的最大电荷容量,i(t)为电池管理***采集的实时电流。
当根据电池管理***获取的电池信息确定电池当前为下电状态时,根据SOC曲线确定开路电压对应的SOC置信区间,基于SOC置信区间对历史SOC进行校准以计算电池的SOC的步骤包括:
根据测量精度确定开路电压对应的电压区间[Umin,Umax],其中,Umin=U-1,Umax=U+1,U为开路电压。
具体地,开路电压U由电池管理***中获取,由于存在一定的测量误差,设置开路电压的测量精度为1mV,则开路电压的置信区间[Umin,Umax]为[U-1,U+1]。本领域技术人员可以理解地,在另外的实施例中,根据对开路电压的测量精度的不同,开路电压的置信区间还可以为[U-0.5,U+0.5]、[U-1.5,U+1.5]等。
基于SOC曲线获取[Umin,Umax]对应的SOCrefmin和SOCrefmax,确定的SOC置信区间为[SOCrefmin,SOCrefmax]。
具体地,电池的SOC曲线由电池管理***中获取,通过SOC曲线查询电压的置信区间[Umin,Umax]对应的SOC取值确定SOC置信区间。通过确定的SOC置信区间对读取的历史SOC进行校准。
当历史SOC大于等于SOCrefmin且小于等于SOCrefmax时,存储历史SOC。
具体地,当历史SOC的取值属于SOC置信区间时,则判断获取的历史SOC与当前获取的开路电压对应,即历史SOC反应了电池当前的荷电状态,则存储历史SOC。
当历史SOC小于SOCrefmin或大于SOCrefmax时,存储的SOC为SOCrefmin和SOCrefmax的平均值。
具体地,当判断历史SOC不属于SOC置信区间时,则判断历史SOC不能准确对应当前电池的开路电压,即不能准确反应电池当前的核电状态,则根据获取的开路电压确定的SOC置信区间确定电池当前SOC值,即电池的当前SOC值为SOC置信区间的最大值和最小值的平均值。
在一些实施例中,当电池状态为下电时,在获取电池的开路电压步骤前,还包括:获取电池状态的持续时间,并根据电池状态的持续时间计算电池的SOC;当电池状态的持续时间小于等于设定时间时,存储历史SOC;当电池状态的持续时间大于设定时间时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定开路电压对应的SOC置信区间,基于SOC置信区间对历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
具体地,通过电池管理***获取电池下电状态的持续时间,当电池的持续时间小于设定时间时,电池内部电解质分布不均,无法获取测量稳定的开路电压,因此需要在电池维持下电状态持续时间大于设定时间测量开路电压,从而使电池内部电解质均匀分布以便获得稳定的端电压。在本实施例中,电池下电状态的设定时间为30分钟。在另外的实施例中,根据电池的特性该设定时间可以是60分钟等,以可以获取稳定的端电压即可。
在一些实施例中,当电池状态为上电时,基于历史SOC采用安时积分计算电池的SOC步骤还包括:判断电池状态的上电状态为充电或放电;当电池状态为放电时,采用安时积分计算电池的SOC,并存储计算得到的SOC;当电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC。
具体地,恒压充电的过程,是电池开路电压逐渐接近充电器电压的过程,属于电化学去极化过程。由于恒压充电步骤的截止电流极小,恒压结束时,电池的开路电压和充电器电压的差值很小,即确保在SOC等于1时准确对应电池的满荷电状态。
在一些实施例中,当电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC步骤之后,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC步骤之前还包括:在SOC等于预设阶跃阈值时,对SOC进行恒压充电校准。
具体地,根据电池的SOC曲线可知,SOC的预设阶跃阈值对应SOC曲线上斜率变化最大的点,在基于历史SOC进行安时积分计算得到的SOC达到设定的预设阶跃阈值时控制电池进行恒压充电至充电电流小于预设电流(例如,0.2A)时,完成恒压充电校准。需要指出的是,预设阶跃阈值基于SOC曲线的斜率判断取值。
实施例1
如图1所示,本发明车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法的实施例包括以下步骤:
通过电池管理***读取历史SOC,该历史SOC为电池管理***存储的电池的最近一次SOC。
通过电池管理***获取电池当前的上下电状态,通过对电池上下电状态的判断结果进行计算单元选择,其中计算单元包括上电计算单元和下电计算单元。
当电池处于下电状态时,选择下电计算单元计算电池SOC。电池下电计算单元包括静置时间判断单元,静置时间判断单元通过电池管理***判断电池静置时间,预设电池静置时间为30分钟。当电池静置时间小于等于30分钟时,电池下电单元输出历史SOC并存储。当电池静置时间大于30分钟时,通过电池管理***获取电池开路电压,并根据电池开路电压精度设置开路电压置信区间,由开路电压置信区间结合SOC曲线确定SOC置信区间,判断历史SOC是否属于SOC置信区间,当历史SOC属于SOC置信区间时,输出历史SOC并存储;当历史SOC不属于SOC置信区间,输出SOC置信区间的最大值和最小值的平均值并存储。
当电池处于上电状态时,选择上电计算单元计算电池SOC。上电计算单元包括充电判断单元,当判断电池处于放电状态时,以历史SOC为初值,采用安时积分计算SOC输出并存储。
当判断电池处于充电状态时,包括:
步骤S1,上电计算以历史SOC为初值,采用安时积分计算SOC。
步骤S2,根据电池的SOC曲线斜率设置SOC阶跃阈值(SOCspe),判断SOC是否等于SOC阶跃阈值。
步骤S3,当SOC等于SOC阶跃阈值时,对电池恒压充电校准。
当SOC不等于SOC阶跃阈值时,进行步骤S31,判断SOC是否小于SOC阶跃阈值,当SOC小于SOC阶跃阈值时,重复步骤S2;当SOC大于SOC阶跃阈值时,进行步骤S4。
步骤S4,继续采用安时积分计算SOC。
步骤S5,判断SOC取值是否为100%。
步骤S6,当SOC取值是不等于100%时,回到步骤S4;当SOC取值是否为100%时,对电池进行恒压充电校准后输出SOC并存储。
另一方面,提供一种装置,包括:存储模块,存储模块用于存储SOC;采集模块,采集模块用于采集电池的电流和电压;计算模块,计算模块与存储模块通信连接以读取历史SOC和/或存储SOC,计算模块与采集模块通信连接以接收采集模块采集的电流和电压,计算模块与电池管理***通信连接,以实现如前所述任一车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
具体地,存储模块采用可读存储单元,以存储计算模块确定的SOC。采集模块用于采集包括但不限于电池的电流、电压和静置时间等参数,以确定电池状态。计算模块采用处理器,通过与存储模块和采集模块的连接获取历史SOC和电池状态,以计算电池SOC。具体地,当电池状态为上电时,计算模块基于历史SOC采用安时积分和恒压充电校准计算电池的SOC;当电池状态为下电时,计算模块获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定开路电压对应的SOC置信区间,基于SOC置信区间对历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
另一方面,提供一种存储介质,存储介质用于存储计算机程序指令,计算机程序指令在由处理器执行时实现如前任一车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
以上已经描述了本公开的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。

Claims (8)

1.一种车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法,其特征在于,包括:
读取历史SOC;
获取当前的电池状态,基于所述电池状态根据所述历史SOC确定电池的SOC,其中,所述电池状态包括上电和下电;
当所述电池状态为上电时,基于所述历史SOC采用安时积分和恒压充电校准计算电池的SOC;
当所述电池状态为下电时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC的步骤包括:
根据测量精度确定所述开路电压对应的电压区间[Umin,Umax],其中,Umin=U-1,Umax=U+1,U为开路电压;
基于所述SOC曲线获取电压区间[Umin,Umax]对应的SOCrefmin和SOCrefmax,确定的所述SOC置信区间为[SOCrefmin,SOCrefmax];
当所述历史SOC大于等于SOCrefmin且小于等于SOCrefmax时,存储所述历史SOC;
当所述历史SOC小于SOCrefmin或大于SOCrefmax时,存储的SOC为所述SOCrefmin和所述SOCrefmax的平均值。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,当所述电池状态为下电时,在所述获取电池的开路电压步骤前,还包括:
获取所述电池状态的持续时间,并根据所述电池状态的持续时间计算电池的SOC;
当所述电池状态的持续时间小于等于设定时间时,存储所述历史SOC;
当所述电池状态的持续时间大于所述设定时间时,获取电池的开路电压,根据SOC曲线确定所述开路电压对应的SOC置信区间,基于所述SOC置信区间对所述历史SOC进行校准以计算电池的SOC。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述电池状态为上电时,基于所述历史SOC采用安时积分计算电池的SOC步骤还包括:
判断所述电池状态的上电状态为充电或放电;
当所述电池状态为放电时,采用安时积分计算电池的SOC,并存储计算得到的SOC;
当所述电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当所述电池状态为充电时,采用安时积分计算电池的SOC步骤之后,在SOC值为1时进行恒压充电校准后存储SOC步骤之前还包括:在SOC等于预设阶跃阈值时,对SOC进行恒压充电校准。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,对SOC进行恒压充电校准的步骤中,控制电池进行恒压充电至充电电流小于预设电流时,完成恒压充电校准。
7.一种装置,其特征在于,包括:
存储模块,所述存储模块用于存储SOC;
采集模块,所述采集模块用于采集电池的电流和电压;
计算模块,所述计算模块与所述存储模块通信连接以读取历史SOC和/或存储SOC,所述计算模块与所述采集模块通信连接以接收所述采集模块采集的电流和电压,所述计算模块与电池管理***通信连接,以实现如权利要求1-6任一所述车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
8.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质用于存储计算机程序指令,所述计算机程序指令在由处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述车载磷酸铁锂电池的荷电状态计算方法。
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