CN101320079A - 电池电量状态的计算方法 - Google Patents

Abstract

电池电量状态的计算方法，它涉及一种电动汽车的锂离子电池电量状态的计算方法，为解决现有计算SOC的方法中存在的受训练方法和训练数据的影响较大、数据处理量较大、对处理器性能要求较高、缺乏对环境温度和循环次数影响电池额定容量的考虑、计算结果存在误差的问题。本发明的方法步骤为：初始化信号采集系统、采集当前系统参数，对采集的信号进行数模转换，前后读取循环技术参数和静止时间参数，然后选择初始开路电压，接着将采集到的相关参数输入处理器中并进行计算，将计算结果存储，时间计数器复位，最后将计算结果输出显示。本发明的计算精度和实用性高，并且具有数据处理量小、对处理器性能要求较低、误差小的优点。

Description

电池电量状态的计算方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的锂离子电池电量状态的计算方法。

背景技术

电池的电量状态(SOC)一直是电动汽车和电池研究人员共同关注并投入大量精力研究的课题。混合动力汽车中，SOC是整车控制器制定能量控制策略的重要依据，国内外较普遍地采用了SOC这一电池容量状态描述参数。一般SOC的定义是为了准确计算电池的容量，即预测电池的剩余能量。SOC是描述二次电池状态的一个重要参数，通常把一定温度下二次电池充电到不能再吸收电量时的SOC定义为SOC＝100％，而将二次电池再不能放出电量时的电量状态定义为SOC＝0％，目前动力电池多采用锂离子电池，虽然锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，例如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。因此，对锂离子电池SOC的估算是保证电池安全工作的重要步骤。

针对锂离子电池，目前有神经网络法、模糊逻辑法、卡尔曼滤波方法、基于能量守恒的SOC估算等若干种计算SOC的方法，但每种方法都存在着缺陷，如神经网络法的精度受训练方法和训练数据的影响很大；模糊逻辑法的数据处理量大，对处理器性能要求较高；卡尔曼滤波方法对系统处理器速度的要求很高，不易广泛应用；基于能量守恒的SOC估算中没有考虑环境温度和循环次数对电池额定容量的影响，且算法中使用的电动势是根据开路电压和SOC曲线拟合经验方程得到的，存在一定误差。

发明内容

本发明为解决现有计算SOC的方法中存在的受训练方法和训练数据的影响较大、数据处理量较大、对处理器性能要求较高、缺乏对环境温度和循环次数影响电池额定容量的考虑、计算结果存在误差的问题，提出了一种电池电量状态的计算方法，本发明由以下步骤实现：

步骤一、在t时刻采集当前电动汽车的动力电源系统中电池的开路电压V_t、工作电流I_t和温度T_t，根据测得的开路电压查询存储器中预存的开路电压/电量对应表，取得静止开路电压对应的初始电量值Q₀，根据测量值查询存储器中存储的工作温度/温度修正系数对应表，取得修正系数K_T；

步骤二、对采集的信号进行模数转换，并输入到存储器中；

步骤三、读取存储在存储器中的循环次数修正参数K_L；

步骤四、根据静止时间计数器的读取值，查询存储器中的预存表格确定自恢复效应结束标记K_r的值；

步骤五、根据K_r的值在预存表格中选择初始开路电压，若K_r＝1，则上次放电结束后已经经过适当的静止时间，开路电压已经恢复到稳定值，并以当前静止开路电压对应的初始电量值Q₀进行SOC计算；若K_r≠1，则从存储器中读取动力电源系统在上次停止充放电时的荷电量值Q₀`进行SOC计算；

步骤六、将所采集到的相关参数输入处理器中，采用公式①计算Q_t：

$Q_t=K_L{K}_T{K}_r{Q}_0+(1-K_r)Q_0^{\′}+K_I{K}_T{\∫}_0^t{I}_t\mathrm{dt}$ ①

式中的Q_t表示电池在t时刻的荷电量；K_I表示充放电电流对SOC计量的修正系数；

步骤七、根据计算结果将K_L的值更新到存储器中；

步骤八、将计算结果存储到存储器中，时间计数器复位以进行新一次的静止时间计时；

步骤九、将SOC计算结果输出到显示系统。

有益效果：本发明的方法在现有SOC计算方法上进行改进，通过参考电池的自恢复效应，并利用推导出的公式直接计算电池在t时刻的荷电量，提高了本方法的计算精度和实用性，并且具有数据处理量小、对处理器性能要求较低、误差小的优点。

附图说明

图1是实现本发明方法的装置结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1，本实施方式的方法由以下步骤组成：

步骤一、初始化信号采集系统2，在t时刻采集当前电动汽车的动力电源系统1中电池的开路电压V_t、工作电流I_t和温度T_t，根据测得的开路电压查询存储器3中预存的开路电压/电量对应表，取得静止开路电压对应的初始电量值Q₀，根据测量值查询存储器3中存储的工作温度/温度修正系数对应表，取得修正系数K_T；

步骤二、对采集的信号进行模数转换，并输入到存储器3中；

步骤三、读取存储在存储器3中的循环次数修正参数K_L，K_L是对动力电源目前已经进行的充放电循环的计数值，由于动力电源系统的循环次数对其当前性能有重要影响，因此使用该参数对计算结果进行修正；

步骤四、根据静止时间计数器的读取值，查询存储器3中的预存表格确定自恢复效应结束标记K_r的值，K_r值反映了动力电源系统在上次放电过程以后是否经过足够的静止时间，使其实际电量恢复到真实水平，静止时间计数器用于记录动力电源系统本次已经经历的静止时间；

步骤五、根据K_r的值在预存表格中选择初始开路电压，若K_r＝1，说明上次放电结束后已经经过适当的静止时间，开路电压已经恢复到稳定值，则上次放电结束后已经经过适当的静止时间，开路电压已经恢复到稳定值，并以当前静止开路电压对应的初始电量值Q₀进行SOC计算；若K_r≠1，则从存储器3中读取动力电源系统1在上次停止充放电时的荷电量值Q₀`进行SOC计算，这是因为目前动力电源系统尚未恢复到真实的电量水平，因此用上次系统实时记录值进行计算；

步骤六、将所采集到的相关参数输入处理器4中，采用公式①计算Q_t：

$Q_t=K_L{K}_T{K}_r{Q}_0+(1-K_r)Q_0^{\′}+K_I{K}_T{\∫}_0^t{I}_t\mathrm{dt}$ ①

式中的Q_t表示电池在t时刻的荷电量；K_I表示充放电电流对SOC计量的修正系数；

步骤七、根据计算结果将K_L的值更新到存储器3中，为下次计算提供参考；

步骤八、将计算结果存储到存储器3中，时间计数器复位以进行新一次的静止时间计时；

步骤九、将SOC计算结果输出到显示系统5。

本实施方式的方法保留了开路电压法和Ah法，并结合直接调用SOC记录的方法，提出了一种SOC复合估算方法，该方法包含两个主要部分：电池使用前先预估算电池的初始SOC；电池使用过程中对电池电量做动态计量。当电池由工作电压转为开路电压时，系统将Q_t记录在非易失性存储介质中，作为Q₀`，同时由上层的能源总成控制系统记录当前时间t<sub>opc</sub>。当电池由开路电压转为工作电压时，能源总成控制系统将上次记录的时间t<sub>opc</sub>传送给电池管理系统，电池管理系统根据当前时间t<sub>now</sub>与t<sub>opc</sub>之差(称为静止时间)，确定电池自恢复过程是否结束(可先通过试验建立静止时间与Kr的对应关系，做成表存入程序中，程序随后根据t<sub>now</sub>-t<sub>opc</sub>的值通过查表得到K<sub>r</sub>)，若已结束则K<sub>r</sub>＝1，启动开路电压法估算电池的初始荷电状态，即使用式①中等号右侧第一项；若自恢复未结束，则K<sub>r</sub>＝0，系统直接从存储介质中读取上次电池停止工作时的Q<sub>0</sub>`作为初始电量。同样，本方法中涉及的其它修正系数K_L和K_T都可通过试验得到，通过试验获得充足数据后，使用电动汽车专用仿真软件ADVISOR，可以方便的得到这些修正系数。

本方法通过对电动汽车典型放电情况的模拟，以及对随机产生的放电电流进行计算和处理，对产生的结果进行精确性检验，使用MATLAB进行模拟实验。电池的模拟容量为1500mAh的锂电池，假定在当前剩余容量为1000mAh情况下，在1000秒中模拟电动汽车放电情况，充放电流为模拟程序按电动汽车工作时的典型放电情况随机生成。考虑到电池自恢复效应之后的SOC模拟结果和未考虑电池自恢复效应得到的SOC模拟结果的不同是由于对应的电池放电后，电池电压自恢复没有结束，电池电压未恢复到静止水平，开路电压对应的电池电量将会低于真正水平，此时若未考虑电池的自恢复效应，就会导致计算出的SOC值偏低。使用本实施方式所述的SOC算法，考虑了电池的自恢复效应，得到的模拟结果更接近于真实值。

Claims (1)

1、电池电量状态的计算方法，其特征在于它由以下步骤实现：

步骤一、在t时刻采集当前电动汽车的动力电源系统(1)中电池的开路电压V_t、工作电流I_t和温度T_t，根据测得的开路电压查询存储器(3)中预存的开路电压/电量对应表，取得静止开路电压对应的初始电量值Q₀，根据测量值查询存储器(3)中存储的工作温度/温度修正系数对应表，取得修正系数K_T；

步骤二、对采集的信号进行模数转换，并输入到存储器(3)中；

步骤三、读取存储在存储器(3)中的循环次数修正参数K_L；

步骤四、根据静止时间计数器的读取值，查询存储器(3)中的预存表格确定自恢复效应结束标记K_r的值；

步骤五、根据K_r的值在预存表格中选择初始开路电压，若K_r＝1，则上次放电结束后已经经过适当的静止时间，开路电压已经恢复到稳定值，并以当前静止开路电压对应的初始电量值Q₀进行SOC计算；若K_r≠1，则从存储器(3)中读取动力电源系统(1)在上次停止充放电时的荷电量值Q₀`进行SOC计算；

步骤六、将所采集到的相关参数输入处理器(4)中，采用公式①计算Q_t：

$Q_t=K_L{K}_T{K}_r{Q}_0+(1-K_r)Q_0^{\&prime;}+K_I{K}_T{\&Integral;}_0^t{I}_t\mathrm{dt}$ ①

式中的Q_t表示电池在t时刻的荷电量；K_I表示充放电电流对SOC计量的修正系数；

步骤七、根据计算结果将K_L的值更新到存储器(3)中；

步骤八、将计算结果存储到存储器(3)中，时间计数器复位以进行新一次的静止时间计时；

步骤九、将SOC计算结果输出到显示系统(5)。

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