CN102998623B - 蓄电池荷电状态的在线估算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种蓄电池荷电状态的在线估算方法，包括如下步骤：对蓄电池进行测试以建立在线参数补偿数据库，在线参数补偿数据库包括第一至第四类参数；采集蓄电池的电流值和电压值，并判断蓄电池的当前状态；如果蓄电池的当前状态为静止状态，则调取第二类参数，获取蓄电池的荷电状态；如果蓄电池的当前状态为恢复状态，则调取第三类参数，获取蓄电池的荷电状态；如果蓄电池的当前状态为充放电状态，则调取第三类参数和第四类参数获取蓄电池的荷电状态。本发明还公开了一种蓄电池荷电状态的在线估算系统。本发明可以在线估算蓄电池的荷电状态，并且具有较高的估算精度。

Description

蓄电池荷电状态的在线估算方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆制造技术领域，特别涉及一种蓄电池荷电状态的在线估算方法及系统。

背景技术

节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是实现该趋势的最佳途径。由上可知，提高电动汽车的能源系统——车载电池的性能及加强电池管理系统开发显得尤为重要。电池SOC(StateofCharge，荷电状态)参数是电动汽车车载电池系统的重要参数，是防止电池过充和过放的主要依据。

只有准确估算电池组的SOC才能保证电池的正常使用，有效提高电池的利用效率，保证电池组的使用寿命。SOC的准确辨识不仅有利于充分发挥电池的性能，提高整车的性能并优化驾驶，而且能够降低对动力蓄电池的要求，提高系统的可靠性，也大大降低后期的维护成本。

在车辆运行过程中，电池端电压，电池工作电流，电池的温度是可以通过传感器直接测量得到的。电池当前的SOC状态、最大可充放电功率等物理量都是不可直接通过传感器测量得到的，因此电池管理系统的首要任务之一就是估计当前的SOC值。但是由于电池结构复杂，电池的荷电状态受放电电流、电池内部温度、自放电、老化等因素的影响，SOC的估算显得极为困难。电池温度、开路电压、电池内部的电解液密度、电池内阻、电池反应的激活状态、电池老化程度等参数都直接影响着SOC状态，因此可以通过计算这些参数的值来估计SOC。由于在线测量电解液密度或量化电池内部化学反应的剧烈程度都是不可实现的，因此不直接采用量化方法来估算这些参数对SOC的影响。

传统的SOC预测方法包括放电实验法、电流积分估计方法、电池内阻估计方法、负载电压法、利用电池电动势与荷电状态的关系模型即开路电压估计方法来估算SOC的方法，以及通过测量电池端电压和端电流的估计方法等。但是，传统的估算方法存在不少缺陷。例如：内阻法和开路电压法都是利用电池内阻或开路电压与电池的电量存在的一定的函数关系来判定电池的SOC，判断误差较大而且是离线估计的方法，估算精度不高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提供一种蓄电池荷电状态的在线估算方法。该方法可以在线估算蓄电池的荷电状态，并且具有较高的估算精度。

本发明的第二个目的在于提供一种蓄电池荷电状态的在线估算系统。

为实现上述目的，本发明的第一方面的实施例在于提供一种蓄电池荷电状态的在线估算方法，包括如下步骤：

对蓄电池进行测试以建立在线参数补偿数据库，所述在线参数补偿数据库包括：第一至第四类参数，其中，第一类参数包括静态修正量、第二类参数包括所述第一类参数和电池容量修正量、第三类参数包括所述第二类参数和自恢复修正量、第四类参数包括充放电修正量；

采集所述蓄电池的电流值和电压值，并根据所述电流值和所述电压值判断所述蓄电池的当前状态；

如果所述蓄电池的当前状态为静止状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第二类参数，并根据所述第二类参数获取所述蓄电池的荷电状态；

如果所述蓄电池的当前状态为恢复状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数，并根据所述第三类参数获取所述蓄电池的荷电状态；

如果所述蓄电池的当前状态为充放电状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数和所述第四类参数，并根据所述第三类参数和所述第四类参数获取所述蓄电池的荷电状态。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，在检测所述蓄电池的电流值和电压值的同时，进一步包括检测所述蓄电池的温度值。

在本发明的一个实施例中，对所述蓄电池进行测试，包括：对所述蓄电池进行能量和容量测试、内阻和功率测试、充放电状态-开路电压测试、自放电测试、能量效率测试、冷/热启动测试、功率测试、模拟工况测试、使用寿命测试。

由此，通过上述性能测试可以综合考虑电池工作过程中可能遇到的各种因素，为计算蓄电池的荷电状态值提供修正系数。

在本发明的一个实施例中，所述静态修正量包括：温度补偿系数和自放电补偿系数。

在本发明的一个实施例中，所述电池容量修正量包括荷电状态系数和寿命补偿系数。

在本发明的一个实施例中，所述自恢复修正量包括端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数。

在本发明的一个实施例中，所述充放电修正量包括所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数。

在本发明的一个实施例中，所述判断所述蓄电池的当前状态，包括如下步骤：当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值不变且为开路电压时，则判断所述蓄电池的当前状态为静止状态，在所述静止状态下，所述蓄电池停止工作；当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值变化时，则判断所述蓄电池的当前状态为恢复状态，在所述恢复状态下，所述蓄电池从荷电状态向所述静止状态过渡或所述蓄电池从放电状态向所述静止状态过渡；当所述蓄电池的所述电流值不为0，所述蓄电池的电压值变化时，则判断所述蓄电池的当前状态为充放电状态，在所述充放电状态下，所述蓄电池进行充电或放电。

通过对蓄电池的当前状态进行分析，根据不同的状态采用相应的策略估算蓄电池的荷电状态，提高了估算的准确度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为静止状态时，进一步包括如下步骤：根据所述蓄电池的电压值实时估算所述蓄电池的当前荷电状态值，其中，所述蓄电池的电压值和所述蓄电池的当前荷电状态值为一一对应的，将所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库；利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的当前荷电状态值进行修正；根据修正后的两个时刻的当前荷电状态值的差值以及所述蓄电池的容量差异值估算所述蓄电池的当前容量，实时获取所述蓄电池的当前荷电状态。

采用上述方法计算静止状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为恢复状态时，进一步包括如下步骤：根据所述蓄电池的电压值、电流值和温度值在所述在线参数补偿数据库的第二类参数中调用当前荷电状态值；利用所述第三类参数中的端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数对所述当前荷电状态值进行修正，并将修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库；利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值再次进行修正。

采用上述方法计算恢复状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了实时性，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为充放电状态时，进一步包括如下步骤：获取所述蓄电池的初始荷电状态值，其中所述蓄电池的初始荷电状态值为所述蓄电池在所述静止状态或所述恢复状态下估算的荷电状态值；计算所述蓄电池的当前电流值在时间上的积分，以及所述蓄电池充电量或放电量，将所述述蓄电池充电量或放电量与所述蓄电池的额定电量进行比较，得到荷电状态变化值；利用所述第四类参数中的所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数对所述荷电状态变化值进行修正；计算所述蓄电池的当前荷电状态值为所述初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和；根据所述当前荷电状态值估算所述蓄电池的容量，获得所述蓄电池的荷电状态。

采用上述方法计算充放电状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了实时性，具有较高的估算精度。

本发明第二方面的实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统，包括：采集装置，所述采集装置用于采集所述蓄电池的电流值和电压值；数据存储装置，所述数据存储装置与所述采集装置相连，用于存储所述蓄电池的电流值和电压值以及在线参数补偿数据库，其中，所述在线参数补偿数据库包括第一至第四类参数，其中，第一类参数包括静态修正量、第二类参数包括所述第一类参数和电池容量修正量、第三类参数包括所述第二类参数和自恢复修正量、第四类参数包括充放电修正量；荷电状态运算装置，所述荷电状态运算装置与所述数据存储装置相连，用于根据所述蓄电池的所述电流值和所述电压值判断所述蓄电池的当前状态，如果所述蓄电池的当前状态为静止状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第二类参数，并根据所述第二类参数获取所述蓄电池的荷电状态，如果所述蓄电池的当前状态为恢复状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数，并根据所述第三类参数获取所述蓄电池的荷电状态，如果所述蓄电池的当前状态为充放电状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数和所述第四类参数，并根据所述第三类参数和所述第四类参数获取所述蓄电池的荷电状态。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，所述采集装置包括：电压采集模块，所述电压采集模块分别与所述蓄电池和所述数据存储装置相连，用于采集所述蓄电池的电压值；电流采集模块，所述电流采集模块分别与所述蓄电池和所述荷电状态运算装置相连，用于采集所述蓄电池的电流值。

在本发明的一个实施例中，所述采集装置还包括：温度采集模块，所述温度采集模块分别与所述蓄电池和所述数据存储装置相连，用于采集所述蓄电池的温度值，并将所述温度值发送给所述荷电状态运算装置。

在本发明的一个实施例中，所述数据存储装置包括：Flash存储单元，所述Flash存储单元用于存储所述蓄电池的固定参数；EEPROM存储单元，所述EEPROM存储单元用于存储所述采集模块采集到的所述蓄电池的电压值、电流值、温度值和所述在线参数补偿数据库；RAM存储单元，所述RAM存储单元用于存储所述蓄电池的荷电状态值。

在本发明的一个实施例中，蓄电池荷电状态的在线估算系统进一步包括数据库建立装置，所述数据库建立装置与所述数据存储装置相连，用于对所述蓄电池进行测试，采集测试过程中的测试参数，建立所述在线参数补偿数据库，并将所述在线参数补偿数据库存储在所述数据存储装置中。

在本发明的一个实施例中，所述数据库建立装置对所述蓄电池进行测试，包括：对所述蓄电池进行能量和容量测试、内阻和功率测试、充放电状态-开路电压测试、自放电测试、能量效率测试、冷/热启动测试、功率测试、模拟工况测试、使用寿命测试。

由此，通过上述性能测试可以综合考虑电池工作过程中可能遇到的各种因素，为计算蓄电池的荷电状态值提供修正系数。

在本发明的一个实施例中，所述静态修正量包括：温度补偿系数和自放电补偿系数。

在本发明的一个实施例中，所述电池容量修正量包括荷电状态系数和寿命补偿系数。

在本发明的一个实施例中，所述自恢复修正量包括端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数。

在本发明的一个实施例中，所述充放电修正量包括所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值不变且为开路电压时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为静止状态，在所述静止状态下，所述蓄电池停止工作；当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值变化时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为恢复状态，在所述恢复状态下，所述蓄电池从荷电状态向所述静止状态过渡或所述蓄电池从放电状态向所述静止状态过渡；当所述蓄电池的所述电流值不为0，所述蓄电池的电压值变化时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为充放电状态，在所述充放电状态下，所述蓄电池进行充电或放电。

荷电状态运算装置通过对蓄电池的当前状态进行分析，根据不同的状态采用相应的策略估算蓄电池的荷电状态，提高了估算的准确度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为静止状态时，所述荷电状态运算装置根据所述蓄电池的电压值实时估算所述蓄电池的当前荷电状态值，其中，所述蓄电池的电压值和所述蓄电池的当前荷电状态值为一一对应的，将所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库，利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的当前荷电状态值进行修正，根据修正后的两个时刻的当前荷电状态值的差值以及所述蓄电池的容量差异值估算所述蓄电池的当前容量，实时获取所述蓄电池的当前荷电状态。

荷电状态运算装置通过上述方式计算静止状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为恢复状态时，所述荷电状态运算装置根据所述蓄电池的电压值、电流值和温度值在所述在线参数补偿数据库的第二类参数中调用当前荷电状态值，利用所述第三类参数中的端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数对所述当前荷电状态值进行修正，并将修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库，利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值再次进行修正。

荷电状态运算装置通过上述方式计算恢复状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了实时性，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，当所述蓄电池的当前状态为充放电状态时，所述荷电状态运算装置获取所述蓄电池的初始荷电状态值，其中所述蓄电池的初始荷电状态值为所述蓄电池在所述静止状态或所述恢复状态下估算的荷电状态值，计算所述蓄电池的当前电流值在时间上的积分，以及所述蓄电池充电量或放电量，将所述述蓄电池充电量或放电量与所述蓄电池的额定电量进行比较，得到荷电状态变化值，利用所述第四类参数中的所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数对所述荷电状态变化值进行修正，计算所述蓄电池的当前荷电状态值为所述初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和，根据所述当前荷电状态值估算所述蓄电池的容量，获得所述蓄电池的荷电状态。

荷电状态运算装置通过上述方式计算充放电状态下的蓄电池的荷电状态可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了实时性，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，蓄电池荷电状态的在线估算系统进一步包括：通信装置，所述通信装置与所述荷电状态运算装置相连，所述荷电状态运算装置通过所述通信装置与外部设备进行数据交互。

在本发明的一个实施例中，所述通信装置设置有CAN接口、USB接口、LAN接口和RS232接口。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法的流程框图；

图2为根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的对蓄电池进行多项性能测试的流程图；

图4为根据本发明实施例的更新在线参数补偿数据库的示意图；

图5为根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统的结构框图；和

图6为根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面参考图1描述根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法。

如图1所示，本发明实施提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法，包括如下步骤：

S101：对蓄电池进行测试以建立在线参数补偿数据库。

通过对蓄电池进行多项性能测试，根据测试得到的电池的各项参数建立在线参数补偿数据库。

在线参数补偿数据库包括：

第一类参数：静态修正量；

第二类参数：第一类参数和电池容量修正量；

第三类参数：第二类参数和自恢复修正量；

第四类参数：充放电修正量。

S102：采集蓄电池的电流值和电压值，并根据蓄电池的电流值和电压值判断蓄电池的当前状态。

电动汽车在行驶过程中主要经历以下三个阶段：

(1)停驶阶段：电动汽车停驶，此时电动汽车内的蓄电池处于静止状态；

(2)运行阶段：电动汽车正常行驶，此时电动汽车内的蓄电池处于充放电状态；

(3)过渡阶段：介于停驶阶段和运行阶段之间，例如电动汽车遇红灯停车或刚刚结束行驶，此时电动汽车内的蓄电池处于恢复状态。

根据蓄电池的当前状态的不同，分别采用相应的荷电状态估算策略进行估算。

如果蓄电池的当前状态为静止状态，则执行步骤S1031，调取在线参数补偿数据库中的第二类参数，并根据第二类参数获取蓄电池的荷电状态。

如果蓄电池的当前状态为恢复状态，则执行步骤S1032，调取在线参数补偿数据库中的第三类参数，并根据第三类参数获取蓄电池的荷电状态。

如果蓄电池的当前状态为充放电状态，则执行步骤S1033，调取在线参数补偿数据库中的第三类参数和第四类参数，并根据第三类参数和第四类参数获取蓄电池的荷电状态。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

下面结合图2至图4对本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法的流程进行详细描述。

首先，执行步骤S101，对蓄电池进行多项性能测试以建立在线参数补偿数据库。具体而言，为了满足电动车动力电池应用的要求，需要对电池进行相应的测试以获得相关电池的状态信息和参数指标。图3示出了对电池进行测试的详细流程。如图3所示，对蓄电池按照以下测试顺序进行测试：

(1)电池基本电性能测试

A1：标准循环、A2：对蓄电池进行能量和容量标定、A3：内阻和功率测试、A4：充放电状态(SOC)-开路电压(OCV)测试、A5：自放电测试。

(2)电池特性试验

A6：使用寿命测试、A7：能量效率测试、A8：冷/热启动测试、A9：功率性能试验，包括峰值功率测试和爬起功率测试等、A10：模拟工况测试。

(3)可靠性试验和环境测试

A11：机械滥用测试、A12：环境可靠性试验、A13：化学环境测试、A14：电气滥用测试、A15：电磁兼容测试。

其中，环境可靠性试验包括高低温测试、高低温冲击测试等。机械滥用测试包括振动测试、冲击测试和跌落测试等。电气滥用测试包括短路测试、过充电测试和过放电测试。化学环境测试包括盐雾测试、防尘试验、防水试验等。

上述设置的对蓄电池的测试流程完备地模拟了电池在整车上使用的各种情况，符合蓄电池管理系统的要求及ISO12405、USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium，美国先进电池联盟)、SAE(SocietyofAutomotiveEngineers)等相关标准规定。

通过上述测试流程对蓄电池进行测试，将测试得到的相关参数及信息建立在线参数补偿数据库。具体而言，将测试得到的相关参数及信息中的一部分参数直接用于电池管理的程序，并以列表的形式存储在电池管理系统的控制芯片设定的存储区中。

对于不同的电池对象，电池管理系统只需按照电池的标识符在在线参数补偿数据库中找到对应的实验结果对参数进行更新。当参数需要更新时，只需在线将列表重新下载到存储的位置。

在线参数补偿数据库包括第一至第四类参数。如图2所示，第一类参数包括静态修正量，其中，静态修正量包括温度补偿系数a和自放电补偿系数b。静态修正量不会随电池的状态不同而发生变化，因此不需要在线反馈。但是在线参数补偿数据库需要存储静态修正量与电池状态的关系以便使得在线参数补偿数据库更加完善。第二类参数包括上述第一类参数和电池容量修正量，其中，电池容量修正量包括荷电状态系数n和寿命补偿系数c。第三类参数包括上述第二类参数和自恢复修正量，其中，自恢复修正量包括端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f。第四类参数包括充放电修正量，其中，充放电修正量包括蓄电池的容量差异值j、充放电效率g、充放电电流差异h和充放电倍率补偿系数m。

在线参数补偿数据库中的系数的在线更新通过以CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线连接成网络系统的标定程序CCP(CANCalibrationProtocol，CCP协议)来实现。CCP协议定义了模块标定、数据采集及数据读取、运行和写入RAM、ROM和FLASH等存储单元的方法。除了使用CCP进行电池参数列表的在线更新之外，BMS(BatteryManagementSystem，电池管理系统)中还用CCP来实现实时在线测试、各传感器检测和标定、报警或出错阈值的调整和程序的下载。图4示出了的在线参数补偿数据库中参数更新的示意图。由采集系统采集得到的数据通过测试标定系统传送至在线参数补偿数据库，从而实现在线参数补偿数据库的实时更新。此外，蓄电池的荷电状态在线估算过程中，通过测试标定系统调用在线参数补偿数据库中的补偿系数，以实现对蓄电池的荷电状态的估算。

在建立完成在线参数补偿数据库之后，执行步骤S102，采集蓄电池的电流值I和电压值U，并根据采集到的电流值I和电压值U判断蓄电池的当前状态。具体而言，采集蓄电池的电压值U包括分别采集蓄电池的各路电池单体的电压值和模块电压的电压值。在本发明的一个实施例中，利用AD数据采集卡采集蓄电池的电压值，其中AD数据采集卡的采集精度为12位，采集时间为13毫秒，即在13毫秒内完成对蓄电池的电压采集。采用霍尔传感器采集蓄电池的电流值I。具体而言，在回路中串联霍尔传感器作为电流传感器，测量蓄电池的电流值I。

在本发明的一个实施例中，为了精确获知蓄电池的当前状态，除了采集蓄电池的电流值I和电压值U外，还采集蓄电池的温度值。具体而言，采用热电偶在蓄电池的极耳附近的点进行温度采集，这是由于蓄电池的极耳附近点的温度最能反映蓄电池的状态。

根据上述采集得到的蓄电池的电流值I和电压值U可以分析蓄电池的当前状态。具体而言，当蓄电池的电流值I为0，电压值U不变时，则判断蓄电池的当前状态为静止状态。在静止状态下，蓄电池停止工作。换言之，携带蓄电池的电动车长时间停驶。

当蓄电池的电流值I为0，电压值U变化时，则判断蓄电池的当前状态为恢复状态。蓄电池从运行至静止之间的状态为恢复状态。例如，蓄电池从荷电状态转至静止状态或从放电状态转至静止状态。

当蓄电池的电流值I不为0，电压值变化时，则判断蓄电池的当前状态为充放电状态。在充放电状态下，蓄电池进行充电或放电，换言之，携带蓄电池的电动车正在运行过程中。

根据蓄电池的不同状态采用相应的荷电状态估算策略获取蓄电池的荷电状态，并且综合补偿蓄电池处于不同状态时的各种因素对荷电状态的影响。

下面分别对蓄电池在不同状态下的荷电状态估算方法进行描述。

(1)静止状态

当蓄电池处于静止状态时，采用步骤S1031中提供的荷电状态估算策略。

蓄电池处于静止状态是指电池停止工作后，完全“恢复”后的状态，即蓄电池从荷电状态或放电状态完全过渡到静止状态。在静止状态下，蓄电池的回路电流为零，电池内部相对平静，无极化现象，从而使得蓄电池的当前荷电状态(SOC)值与开路电压是一一对应的，可以利用开路电压直接估算蓄电池的SOC值。在一定的温度范围内，通过测量蓄电池的开路电压可以实时获得蓄电池的SOC状态进而对电池的剩余能量进行估算。具体而言，在静止状态下，蓄电池的端电压近似于开路电压，等于蓄电池的电动势。开路电压值可以直接测量得到。蓄电池的开路电压与荷电状态值的关系曲线在不同温度下的对应曲线已经通过图3中进行的基本电性能测试及特性测试中得到，通过调用在线参数补偿数据库即可获取。由于建立在线参数补偿数据库时，已考虑到由电池自放电引起的电量损失的影响，因此通过开路电压与荷电状态值的对应关系估算得到的荷电状态值，可以准确的反映蓄电池的当前状态。将每次估算得到的蓄电池的当前荷电状态值存储到在线参数补偿数据库中，从而记录在线参数补偿数据库中的参数与电池状态的对应关系，以建立更为完善的数据库系统。

由于电池性能受到所处环境的影响较大，需要根据电池的温度实时对估算得到的当前荷电状态值进行修正。蓄电池在静止状态下，电池的温度主要受整车当前所环境的温度决定。可以利用在线参数补偿数据库中的第一类参数的温度补偿系数a对蓄电池的当前荷电状态值进行修正。

此外，在静止状态下，蓄电池的容量除了收到电池温度的影响外，还会受到自放电现象和电池寿命等因素的影响，因此需要调用在线参数补偿数据库中的第一类参数的自放电补偿系数b和第二类参数的寿命补偿系数c对蓄电池的当前荷电状态值进行修正。

综上，利用在线参数补偿数据库中的温度补偿系数a、自放电补偿系数b和第二类参数的寿命补偿系数c对当前荷电状态值进行修正。

根据修正后的蓄电池的当前荷电状态值对蓄电池的容量进行估计。由于蓄电池的容量在运行的不同时期和状态是不同的，即随着电池的不断使用而变化，并且这种变化没有规律可以获知。但是，处于静止状态的电池处于相对稳定的状态，可以通过电池在静止状态下的两次荷电状态值来估算当前电池的放电容量。

具体而言，根据修正后的两个不同静止时刻的荷电状态值和蓄电池的容量差异值估算蓄电池的当前容量，获取蓄电池的当前荷电状态，这样可以很大程度地减少累计误差。

C_A(t，T)＝ΔC_A1/(SOC₁-SOC₀)

其中，C_A(t，T)为蓄电池在一个标准循环的放电容量，ΔC_A1为电池在上一次处于“静止”状态时的两次采样的容量差值，SOC₁，SOC₀分别为两个不同静止时刻估算出的SOC值。采用上述方法估算电池容量可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了估算精度。

需要说明的是，由于蓄电池的容量在运行的不同时期和状态下是不同的，需要实时估算蓄电池的容量，再根据蓄电池的当前容量实时获取蓄电池的当前荷电状态。

当蓄电池由静止状态转入充放电状态时，静止状态下估算到的最终荷电状态值值作为充放电状态下的荷电状态值的初始值，并且此时计算出的电池容量被存储到系统存储模块中，以备下一次的充放电状态时估算荷电状态值。

(2)恢复状态

当蓄电池处于恢复状态时，采用步骤S1032中提供的荷电状态估算策略。

蓄电池处于恢复状态是指蓄电池从荷电状态或放电状态转至静止状态时的过渡阶段。在恢复状态下，可以采用直接调用在线参数补偿数据库和实时修正电池参数结合的方法来在线估算蓄电池的当前荷电状态值。具体而言，根据上述采集到的蓄电池的电压值、电流值和温度值在在线参数补偿数据库的第二类参数中直接调用当前荷电状态值，然后根据蓄电池的状态的改变不断修正在线参数补充数据库的相应参数。

在恢复状态下，影响蓄电池的容量改变的主要因素包括自恢复效应和端电压。由于内阻和极化现象导致电池容量的改变，部分电量没有用于实际的充放电中而是慢慢累积起来。当蓄电池停止工作后极化现象会慢慢消失，累积的电量也会恢复，导致端电压呈无规律的变化。在估算荷电状态值时，需要考虑上述自恢复效应补偿和端电压补偿。利用第三类参数中的端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f对当前荷电状态值进行修正，并将修正后的蓄电池的当前荷电状态值存入在线参数补偿数据库以实现对数据库中参数的实时更新。

具体而言，首先对采集得到的蓄电池的电压值利用第三类参数中的端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f对电压值进行修正。

U_t＝f_ocv-soc(SOC)-Ir(t)+U_P(t，I，SOC(t₀))

其中，f_ocv-soc(SOC)为从在线参数补偿数据库中的SOC-OCV对应曲线中读出的电池电压值，r(t)为电池内阻，电池内阻包括欧姆电阻和极化内阻，U_P(t，I，SOC(t₀))为极化电压。电池内阻和极化电压均是通过神经网络的控制算法实现。

下面对利用神经网络估算极化电压的过程进行描述。

1)通过实验获得经验数据；

2)根据获得的经验数据对神经网络进行训练；

3)将训练好的神经网络应用于充电张天估算中实时估算。

采用上述方法可以对在线参数补偿数据库中的参数实现不断更新，提高了实时性，避免了累积误差。

在恢复状态下，除了考虑由电池自恢复和极化导致的自恢复修正外，还需要根据蓄电池的当前温度调至温度修正系数和必要的自放电修正和寿命因素修正。具体而言，调用第二类参数中的温度补偿系数a、自放电补偿系数b和寿命补偿系数c对蓄电池的上述步骤中修正后的当前荷电状态值再次进行修正。

在恢复状态下估算得到的荷电状态最终值可以作为充放电状态下的荷电状态值估算的初始值。

(3)充放电状态

当蓄电池处于充放电状态时，采用步骤S1033中提供的荷电状态估算策略。

充放电状态下的蓄电池的荷电状态值的估算方法采用改进的安时计量法。具体而言，通过计算电池组电流与时间的积分，计算电池组充入或放出的电流，即蓄电池的充电量或放电量，再与电池的额定电流进行比较可以得到电池系统的荷电状态变化值。

在电池的充放电状态下的荷电状态值估算过程中，考虑极化电阻效应、自放电效应、老化效应和温度补偿等因素，通过调用在线参数补偿数据库中的相关补偿系数进行修正。此外，还需要考虑充放电电流大小的差异、充放电倍率影响及由库仑效率表征的电池充放电效率及其动态恢复电量对荷电状态值的影响，通过调用在线参数补偿数据库中的第四类参数对荷电状态变化值进行修正。具体而言，调用第四类参数的容量差异值j、充放电效率g、充放电电流差异h和充放电倍率补偿系数对荷电状态变化值进行修正。

然后，计算蓄电池的当前荷电状态值为初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和。具体而言，充放电状态下的荷电状态值的初始值可以采用静止状态下估算到荷电状态最终值或恢复状态下估算得到的荷电状态最终值。由于电池的充放电过程对电池寿命影响最大，每次检测到电池处于充电或放电状态时，SOC在线估算系统内设的计数器的值i自动加1，i值是电池寿命的一个表征，它影响电池处于任何状态下的寿命补偿参数。为了避免持续记录i值，SOC在线估算系统的芯片上设有断电保护记录功能单元和绝对时钟计数器。

${\mathrm{SOC}}_t={\mathrm{SOC}}_{t_0}+\frac{1}{C_A(t,T)}{\∫}_{t_0}^t\mathrm{\η}\·I(\mathrm{\τ},\mathrm{\ϵ},\mathrm{\Δ})\mathrm{d\τ}$

其中，为从静止状态或恢复状态中的估算的电池荷电状态最终值，即充放电状态的SOC初始值，C_A(t，T)为电池在上一次处于静止状时实时算出的一个标准循环的放电容量，η为充放电效率，I(τ，ε，Δ)为与充放电倍率、电流大小、电流差异值相关的充放电电流值。上述参数均由神经网络的控制算法实现不断地更新。

在充放电状态下，采用电流安时计量法和动态数据库参数补偿的方法在线估算电池的荷电状态值，进而估算蓄电池的容量，从而获得蓄电池的荷电状态。利用电池上一次处于“静止”状态时的容量值估算电池的当前容量，有效地避免了累积误差，进一步提高了估算系统的实时性。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算方法，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

下面参考图5和图6描述根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统500。

如图5所示，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算系统500包括：采集装置510、数据存储装置520和荷电状态运算装置530。其中，数据存储装置520与采集装置510相连，荷电状态运算装置530与数据存储装置520相连。

采集装置510采集蓄电池的电流值和电压值。数据存储装置520存储由采集装置510采集到的蓄电池的电流值和电压值以及在线参数补偿数据库。其中，在线参数补偿数据库包括：

第一类参数：静态修正量；

第二类参数：第一类参数和电池容量修正量；

第三类参数：第二类参数和自恢复修正量；

第四类参数：充放电修正量。

电动汽车在行驶过程中主要经历以下三个阶段：

(1)停驶阶段：电动汽车停驶，此时电动汽车内的蓄电池处于静止状态；

(2)运行阶段：电动汽车正常行驶，此时电动汽车内的蓄电池处于充放电状态；

(3)过渡阶段：介于停驶阶段和运行阶段之间，例如电动汽车遇红灯停车或刚刚结束行驶，此时电动汽车内的蓄电池处于恢复状态。

荷电状态运算装置530根据采集装置510采集到的蓄电池的电流值和电压值判断蓄电池的当前状态，根据蓄电池的当前状态的不同，分别采用相应的荷电状态估算策略进行估算。

如果蓄电池的当前状态为静止状态，则荷电状态运算装置530从数据存储装置520中调取在线参数补偿数据库中的第二类参数，并根据第二类参数获取蓄电池的荷电状态。

如果蓄电池的当前状态为恢复状态，则荷电状态运算装置530从数据存储装置中调取在线参数补偿数据库中的第三类参数，并根据第三类参数获取蓄电池的荷电状态。

如果蓄电池的当前状态为充放电状态，则荷电状态运算装置530从数据存储装置中调取在线参数补偿数据库中的第三类参数和第四类参数，并根据第三类参数和第四类参数获取蓄电池的荷电状态。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本发明的一个实施例中，蓄电池荷电状态的在线估算系统500还包括数据库建立装置。数据库建立装置与数据存储装置520相连，用于对蓄电池进行测试，采集测试过程中的测试参数，建立在线参数补偿数据库，并将在线参数补偿数据库存储在数据存储装置520中。具体而言，数据库建立装置对蓄电池进行多项性能测试以建立在线参数补偿数据库。具体而言，为了满足电动车动力电池应用的要求，需要对电池进行相应的测试以获得相关电池的状态信息和参数指标。对蓄电池按照以下测试顺序进行测试：

(1)电池基本电性能测试

A1：标准循环、A2：对蓄电池进行能量和容量标定、A3：内阻和功率测试、A4：充放电状态(SOC)-开路电压(OCV)测试、A5：自放电测试。

(2)电池特性试验

A6：使用寿命测试、A7：能量效率测试、A8：冷/热启动测试、A9：功率性能试验，包括峰值功率测试和爬起功率测试等、A10：模拟工况测试。

(3)可靠性试验和环境测试

A11：机械滥用测试、A12：环境可靠性试验、A13：化学环境测试、A14：电气滥用测试、A15：电磁兼容测试。

其中，环境可靠性试验包括高低温测试、高低温冲击测试等。机械滥用测试包括振动测试、冲击测试和跌落测试等。电气滥用测试包括短路测试、过充电测试和过放电测试。化学环境测试包括盐雾测试、防尘试验、防水试验等。

上述设置的对蓄电池的测试流程完备地模拟了电池在整车上使用的各种情况，符合蓄电池管理系统的要求及ISO12405、USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium，美国先进电池联盟)、SAE(SocietyofAutomotiveEngineers)等相关标准规定。

数据库建立装置通过上述测试流程对蓄电池进行测试，将测试得到的相关参数及信息建立在线参数补偿数据库。具体而言，将测试得到的相关参数及信息中的一部分参数直接用于电池管理的程序，并以列表的形式存储在电池管理系统的控制芯片设定的存储区中。

对于不同的电池对象，电池管理系统只需按照电池的标识符在在线参数补偿数据库中找到对应的实验结果对参数进行更新。当参数需要更新时，只需在线将列表重新下载到存储的位置。

在本发明的一个实施例中，数据存储装置520包括：

Flash(闪存)存储单元，用于存储程序代码和蓄电池的固定参数；

EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，电可擦可编程只读存储器)存储单元，用于存储采集模块510采集到的蓄电池的电压值、电流值、温度值和在线参数补偿数据库；

RAM(RandomAccessMemory，随机存储器)存储单元，RAM存储单元具有较大的数据存储空间，可以存储蓄电池的荷电状态值，记录并保存实时数据。

数据库存储装置520的EEPROM存储单元中存储的在线参数补偿数据库包括第一至第四类参数。第一类参数包括静态修正量，其中，静态修正量包括温度补偿系数a和自放电补偿系数b。静态修正量不会随电池的状态不同而发生变化，因此不需要在线反馈。但是在线参数补偿数据库需要存储静态修正量与电池状态的关系以便使得在线参数补偿数据库更加完善。第二类参数包括上述第一类参数和电池容量修正量，其中，电池容量修正量包括荷电状态系数n和寿命补偿系数c。第三类参数包括上述第二类参数和自恢复修正量，其中，自恢复修正量包括端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f。第四类参数包括充放电修正量，其中，充放电修正量包括蓄电池的容量差异值j、充放电效率g、充放电电流差异h和充放电倍率补偿系数m。

在线参数补偿数据库中的系数的在线更新通过以CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线连接成网络系统的标定程序CCP(CANCalibrationProtocol，CCP协议)来实现。CCP协议定义了模块标定、数据采集及数据读取、运行和写入RAM、ROM和FLASH等存储单元的方法。除了使用CCP进行电池参数列表的在线更新之外，BMS(BatteryManagementSystem，电池管理系统)中还用CCP来实现实时在线测试、各传感器检测和标定、报警或出错阈值的调整和程序的下载。由采集系统采集得到的数据通过测试标定系统传送至在线参数补偿数据库，从而实现在线参数补偿数据库的实时更新。此外，蓄电池的荷电状态在线估算过程中，通过测试标定系统调用在线参数补偿数据库中的补偿系数，以实现对蓄电池的荷电状态的估算。

采集装置510采集蓄电池的电流值I和电压值U，并根据采集到的电流值I和电压值U判断蓄电池的当前状态。在本发明的一个实施例中，采集装置510包括电压采集模块5111和电流采集模块5112，其中电压采集模块5111分别与蓄电池和数据存储装置520相连，电流采集模块5112分别与蓄电池和数据存储装置520相连。

电压采集模块5111采集蓄电池的电压值U包括分别采集蓄电池的各路电池单体的电压值和模块电压的电压值。在本发明的一个实施例中，电压采集模块5111利用AD数据采集卡采集蓄电池的电压值，其中AD数据采集卡的采集精度为12位，采集时间为13毫秒，即在13毫秒内完成对蓄电池的电压采集。

电流采集模块5112采用霍尔传感器采集蓄电池的电流值I。具体而言，在回路中串联霍尔传感器作为电流传感器，测量蓄电池的电流值I。

在本发明的一个实施例中，采集装置510还包括温度采集模块5113，分别与蓄电池和数据存储装置520相连。为了精确获知蓄电池的当前状态，除了采集蓄电池的电流值I和电压值U外，还采集蓄电池的温度值。具体而言，温度采集模块5113采用热电偶在蓄电池的极耳附近的点进行温度采集，这是由于蓄电池的极耳附近点的温度最能反映蓄电池的状态。

采集装置510采集到的蓄电池的电流值、电压值和温度值均存储与数据存储装置520的EEPROM存储单元中。

荷电状态运算装置530读取数据存储装置520中的电流值I和电压值U，分析蓄电池的当前状态。具体而言，当蓄电池的电流值I为0，电压值U不变时，则荷电状态运算装置530判断蓄电池的当前状态为静止状态。在静止状态下，蓄电池停止工作。换言之，携带蓄电池的电动车长时间停驶。

当蓄电池的电流值I为0，电压值U变化时，则荷电状态运算装置530判断蓄电池的当前状态为恢复状态。蓄电池从运行至静止之间的状态为恢复状态。例如，蓄电池从荷电状态转至静止状态或从放电状态转至静止状态。

当蓄电池的电流值I不为0，电压值变化时，则荷电状态运算装置530判断蓄电池的当前状态为充放电状态。在充放电状态下，蓄电池进行充电或放电，换言之，携带蓄电池的电动车正在运行过程中。

荷电状态运算装置530根据蓄电池的不同状态采用相应的荷电状态估算策略获取蓄电池的荷电状态，并且综合补偿蓄电池处于不同状态时的各种因素对荷电状态的影响。

(1)静止状态

蓄电池处于静止状态是指电池停止工作后，完全“恢复”后的状态，即蓄电池从荷电状态或放电状态完全过渡到静止状态。在静止状态下，蓄电池的回路电流为零，电池内部相对平静，无极化现象，从而使得蓄电池的当前荷电状态(SOC)值与开路电压是一一对应的，荷电状态运算装置530可以利用开路电压直接估算蓄电池的SOC值。在一定的温度范围内，通过测量蓄电池的开路电压可以实时获得蓄电池的SOC状态进而对电池的剩余能量进行估算。具体而言，在静止状态下，蓄电池的端电压近似于开路电压，等于蓄电池的电动势。开路电压值可以直接测量得到。蓄电池的开路电压与荷电状态值的关系曲线在不同温度下的对应曲线已经通过上述进行的测试中得到，通过调用在线参数补偿数据库即可获取。由于建立在线参数补偿数据库时，已考虑到由电池自放电引起的电量损失的影响，因此荷电状态运算装置530通过开路电压与荷电状态值的对应关系估算得到的荷电状态值，可以准确的反映蓄电池的当前状态。荷电状态运算装置530将每次估算得到的蓄电池的当前荷电状态值存储到在线参数补偿数据库中，从而记录在线参数补偿数据库中的参数与电池状态的对应关系，以建立更为完善的数据库系统。

由于电池性能受到所处环境的影响较大，荷电状态运算装置530需要根据电池的温度实时对估算得到的当前荷电状态值进行修正。蓄电池在静止状态下，电池的温度主要受整车当前所在环境的温度决定。荷电状态运算装置530可以利用在线参数补偿数据库中的第一类参数的温度补偿系数a对蓄电池的当前荷电状态值进行修正。

此外，在静止状态下，蓄电池的容量除了收到电池温度的影响外，还会受到自放电现象和电池寿命等因素的影响，因此需要荷电状态运算装置530调用在线参数补偿数据库中的第一类参数的自放电补偿系数b和第二类参数的寿命补偿系数c对蓄电池的当前荷电状态值进行修正。

综上，荷电状态运算装置530利用在线参数补偿数据库中的温度补偿系数a、自放电补偿系数b和第二类参数的寿命补偿系数c对当前荷电状态值进行修正。

荷电状态运算装置530根据修正后的蓄电池的当前荷电状态值对蓄电池的容量进行估计。由于蓄电池的容量在运行的不同时期和状态是不同的，即随着电池的不断使用而变化，并且这种变化没有规律可以获知。但是，处于静止状态的电池处于相对稳定的状态，可以通过电池在静止状态下的两次荷电状态值来估算当前电池的放电容量。

具体而言，荷电状态运算装置530根据修正后的两个不同静止时刻的荷电状态值和蓄电池的容量差异值估算蓄电池的当前容量，获取蓄电池的当前荷电状态，这样可以很大程度地减少累计误差。

C_A(t，T)＝ΔC_A1/(SOC₁-SOC₀)

其中，C_A(t，T)为蓄电池在一个标准循环的放电容量，ΔC_A1为电池在上一次处于“静止”状态时的两次采样的容量差值，SOC₁，SOC₀分别为两个不同静止时刻估算出的SOC值。采用上述方法估算电池容量可以有效地避免电池使用中的累计误差，提高了估算精度。

需要说明的是，由于蓄电池的容量在运行的不同时期和状态下是不同的，荷电状态运算装置530需要实时估算蓄电池的容量，再根据蓄电池的当前容量实时获取蓄电池的当前荷电状态。

当蓄电池由静止状态转入充放电状态时，静止状态下估算到的最终荷电状态值值作为充放电状态下的荷电状态值的初始值，并且此时计算出的电池容量被存储到系统存储模块中，以备下一次的充放电状态时估算荷电状态值。

(2)恢复状态

蓄电池处于恢复状态是指蓄电池从荷电状态或放电状态转至静止状态时的过渡阶段。在恢复状态下，荷电状态运算装置530可以采用采用直接调用在线参数补偿数据库和实时修正电池参数结合的方法来在线估算蓄电池的当前荷电状态值。具体而言，荷电状态运算装置530根据上述采集到的蓄电池的电压值、电流值和温度值在在线参数补偿数据库的第二类参数中直接调用当前荷电状态值，然后根据蓄电池的状态的改变不断修正在线参数补充数据库的相应参数。

在恢复状态下，影响蓄电池的容量改变的主要因素包括自恢复效应和端电压。由于内阻和极化现象导致电池容量的改变，部分电量没有用于实际的充放电中而是慢慢累积起来。当蓄电池停止工作后极化现象会慢慢消失，累积的电量也会恢复，导致端电压呈无规律的变化。在估算荷电状态值时，需要考虑上述自恢复效应补偿和端电压补偿。荷电状态运算装置530利用第三类参数中的端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f对当前荷电状态值进行修正，并将修正后的蓄电池的当前荷电状态值存入在线参数补偿数据库以实现对数据库中参数的实时更新。

具体而言，荷电状态运算装置530首先对采集得到的蓄电池的电压值利用第三类参数中的端电压修正系数d、极化内阻效应系数e和自恢复效应系数f对电压值进行修正。

U_t＝f_ocv-soc(SOC)-Ir(t)+U_P(t，I，SOC(t₀))

其中，f_ocv-soc(SOC)为从在线参数补偿数据库中的SOC-OCV对应曲线中读出的电池电压值，r(t)为电池内阻，电池内阻包括欧姆电阻和极化内阻，U_P(t，I，SOC(t₀))为极化电压。电池内阻和极化电压均是通过神经网络的控制算法实现。

下面对利用神经网络估算极化电压的过程进行描述。

1)通过实验获得经验数据；

2)根据获得的经验数据对神经网络进行训练；

3)将训练好的神经网络应用于充电张天估算中实时估算。

采用上述方法可以对数据库中的参数实现不断更新，提高了实时性，避免了累积误差。

在恢复状态下，除了考虑由电池自恢复和极化导致的自恢复修正外，还需要根据蓄电池的当前温度调至温度修正系数和必要的自放电修正和寿命因素修正。具体而言，荷电状态运算装置530调用第二类参数中的温度补偿系数a、自放电补偿系数b和寿命补偿系数c对前次修正后的蓄电池的当前荷电状态值再次进行修正。

在恢复状态下估算得到的荷电状态最终值可以作为充放电状态下的荷电状态值估算的初始值。

(3)充放电状态

充放电状态下的蓄电池的荷电状态值的估算方法采用改进的安时计量法。具体而言，荷电状态运算装置530通过计算电池组电流与时间的积分，计算电池组充入或放出的电流，即蓄电池的充电量或放电量，再与电池的额定电流进行比较可以得到电池系统的荷电状态变化值。

在电池的充放电状态下的荷电状态值估算过程中，荷电状态运算装置530考虑极化电阻效应、自放电效应、老化效应和温度补偿等因素，通过调用在线参数补偿数据库中的相关补偿系数进行修正。此外，还需要考虑充放电电流大小的差异、充放电倍率影响及由库仑效率表征的电池充放电效率及其动态恢复电量对荷电状态值的影响，荷电状态运算装置530通过调用在线参数补偿数据库中的第四类参数对荷电状态变化值进行修正。具体而言，荷电状态运算装置530调用第四类参数的容量差异值j、充放电效率g、充放电电流差异h和充放电倍率补偿系数对荷电状态变化值进行修正。

然后，荷电状态运算装置530计算蓄电池的当前荷电状态值为初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和。具体而言，充放电状态下的荷电状态值的初始值可以采用静止状态下估算到荷电状态最终值或恢复状态下估算得到的荷电状态最终值。由于电池的充放电过程对电池寿命影响最大，每次检测到电池处于充电或放电状态时，SOC在线估算系统内设的计数器的值i自动加1，i值是电池寿命的一个表征，它影响电池处于任何状态下的寿命补偿参数。为了避免持续记录i值，SOC在线估算系统的芯片上设有断电保护记录功能单元和绝对时钟计数器。

${\mathrm{SOC}}_t={\mathrm{SOC}}_{t_0}+\frac{1}{C_A(t,T)}{\∫}_{t_0}^t\mathrm{\η}\·I(\mathrm{\τ},\mathrm{\ϵ},\mathrm{\Δ})\mathrm{d\τ}$

其中，为从静止状态或恢复状态中的估算的电池荷电状态最终值，即充放电状态的SOC初始值，C_A(t，T)为电池在上一次处于静止状时实时算出的一个标准循环的放电容量，η为充放电效率，I(τ，ε，Δ)为与充放电倍率、电流大小、电流差异值相关的充放电电流值。上述参数均由神经网络的控制算法实现不断地更新。

在充放电状态下，荷电状态运算装置530采用电流安时计量法和动态数据库参数补偿的方法在线估算电池的荷电状态值，进而估算蓄电池的容量，从而获得蓄电池的荷电状态。利用电池上一次处于“静止”状态时的容量值估算电池的当前容量，有效地避免了累积误差，进一步提高了估算系统的实时性。

在本发明的一个实施例中，蓄电池荷电状态的在线估算系统500还包括通信装置540和电压装置550，其中，通信装置540与荷电状态运算装置530相连，电源装置550与荷电状态运算装置530相连。

通信装置540与个人计算机(PC)或上一级管理模块通讯，进行数据的更新与维护。蓄电池的电流、电压等数据通过CAN通信方式与车载电池管理系统通信，相关的补偿系数、数据通过网口进行导入导出，并通过网口进行监控。由此，荷电状态运算装置530通过通信装置540可以与外部设备进行数据交互。

在本发明的一个示例中，通信装置设置有CAN接口、USB(UniversalSerialBUS，通用串行总线)接口、LAN(LocalAreaNetwork，局域网)接口和RS232接口。

蓄电池荷电状态的在线估算系统500由电源装置550供电。当系统掉电时，数据可能会丢失。为此，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算系统500还包括掉电保护装置560，用于保证蓄电池荷电状态的在线估算系统500在掉电时，数据仍被保存而不会丢失。

根据本发明实施例的蓄电池荷电状态的在线估算系统，根据蓄电池所处的不同状态，选取不同的SOC估算策略，减少了SOC估算误差。并且综合考虑电动车运行过程中影响SOC状态的各种因素，具有较强的通用性，提高了电池管理系统的开发效率，减少开发成本。此外，本发明实施例提供的蓄电池荷电状态的在线估算方法在线估算蓄电池的荷电状态，可以有效地避免电池使用中的累计误差，具有较高的估算精度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (22)

1.一种蓄电池荷电状态的在线估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

对蓄电池进行测试以建立在线参数补偿数据库，所述在线参数补偿数据库包括：第一至第四类参数，其中，第一类参数包括静态修正量、第二类参数包括所述第一类参数和电池容量修正量、第三类参数包括所述第二类参数和自恢复修正量、第四类参数包括充放电修正量，其中，对所述蓄电池进行测试，包括：对所述蓄电池进行能量和容量测试、内阻和功率测试、充放电状态-开路电压测试、自放电测试、能量效率测试、冷/热启动测试、功率测试、模拟工况测试、使用寿命测试；

采集所述蓄电池的电流值和电压值，并根据所述电流值和所述电压值判断所述蓄电池的当前状态；

如果所述蓄电池的当前状态为静止状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第二类参数，并根据所述第二类参数获取所述蓄电池的荷电状态，具体包括：根据所述蓄电池的电压值实时估算所述蓄电池的当前荷电状态值，其中，所述蓄电池的电压值和所述蓄电池的当前荷电状态值为一一对应的，同时利用所述第二类参数中的温度补偿系数、自放电补偿系数和寿命补偿系数对所述蓄电池的当前荷电状态值进行修正；将所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库；静止状态下，根据修正后的两个时刻的当前荷电状态值的差值以及所述蓄电池的容量差异值估算所述蓄电池的当前容量，实时获取所述蓄电池的当前荷电状态，其中，所述蓄电池的当前容量通过如下公式得到：

C_A(t,T)＝ΔC_A1/(SOC₁-SOC₀)，

其中，C_A(t,T)为蓄电池在一个标准循环的放电容量，ΔC_A1为电池在上一次处于“静止”状态时的两次采样的容量差值，SOC₁,SOC₀分别为两个不同静止时刻估算出的SOC值；

如果所述蓄电池的当前状态为恢复状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数，并根据所述第三类参数获取所述蓄电池的荷电状态；

如果所述蓄电池的当前状态为充放电状态，则调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数和所述第四类参数，并根据所述第三类参数和所述第四类参数获取所述蓄电池的荷电状态。

2.如权利要求1所述的在线估算方法，其特征在于，在检测所述蓄电池的电流值和电压值的同时，还包括检测所述蓄电池的温度值。

3.如权利要求1所述的在线估算方法，其特征在于，所述静态修正量包括：温度补偿系数和自放电补偿系数。

4.如权利要求1所述的在线估算方法，其特征在于，所述电池容量修正量包括荷电状态系数和寿命补偿系数。

5.如权利要求1所述的在线估算方法，其特征在于，所述自恢复修正量包括端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数。

6.如权利要求2所述的在线估算方法，其特征在于，所述充放电修正量包括所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数。

7.如权利要求6所述的在线估算方法，其特征在于，所述判断所述蓄电池的当前状态，包括如下步骤：

当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值不变且为开路电压时，则判断所述蓄电池的当前状态为静止状态，在所述静止状态下，所述蓄电池停止工作；

当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值变化时，则判断所述蓄电池的当前状态为恢复状态，在所述恢复状态下，所述蓄电池从荷电状态向所述静止状态过渡或所述蓄电池从放电状态向所述静止状态过渡；

当所述蓄电池的所述电流值不为0，所述蓄电池的电压值变化时，则判断所述蓄电池的当前状态为充放电状态，在所述充放电状态下，所述蓄电池进行充电或放电。

8.如权利要求7所述的在线估算方法，其特征在于，当所述蓄电池的当前状态为恢复状态时，进一步包括如下步骤：

根据所述蓄电池的电压值、电流值和温度值在所述在线参数补偿数据库的第二类参数中调用当前荷电状态值；

利用所述第三类参数中的端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数对所述当前荷电状态值进行修正，并将修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库；

利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值再次进行修正。

9.如权利要求7所述的在线估算方法，其特征在于，当所述蓄电池的当前状态为充放电状态时，进一步包括如下步骤：

获取所述蓄电池的初始荷电状态值，其中所述蓄电池的初始荷电状态值为所述蓄电池在所述静止状态或所述恢复状态下估算的荷电状态值；

计算所述蓄电池的当前电流值在时间上的积分，以及所述蓄电池充电量或放电量，将所述蓄电池充电量或放电量与所述蓄电池的额定电量进行比较，得到荷电状态变化值；

利用所述第四类参数中的所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数对所述荷电状态变化值进行修正；

计算所述蓄电池的当前荷电状态值为所述初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和；

根据所述当前荷电状态值估算所述蓄电池的容量，获得所述蓄电池的荷电状态。

10.一种蓄电池荷电状态的在线估算系统，其特征在于，包括：

采集装置，所述采集装置用于采集所述蓄电池的电流值和电压值；

数据存储装置，所述数据存储装置与所述采集装置相连，用于存储述采集装置实时采集的所述蓄电池的电流值和电压值以及在线参数补偿数据库，其中，所述在线参数补偿数据库包括第一至第四类参数，其中，第一类参数包括静态修正量、第二类参数包括所述第一类参数和电池容量修正量、第三类参数包括所述第二类参数和自恢复修正量、第四类参数包括充放电修正量；

荷电状态运算装置，所述荷电状态运算装置与所述数据存储装置相连，用于根据所述蓄电池的所述电流值和所述电压值判断所述蓄电池的当前状态，

如果所述蓄电池的当前状态为静止状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第二类参数，并根据所述第二类参数获取所述蓄电池的荷电状态，具体包括：当所述蓄电池的当前状态为静止状态时，所述荷电状态运算装置根据所述蓄电池的电压值实时估算所述蓄电池的当前荷电状态值，其中，所述蓄电池的电压值和所述蓄电池的当前荷电状态值具有一一对应的关系，将所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库，利用所述第二类参数中的温度补偿系数、自放电补偿系数和寿命补偿系数对所述蓄电池的当前荷电状态值进行修正，根据修正后的两个时刻的当前荷电状态值的差值以及所述蓄电池的容量差异值估算所述蓄电池的当前容量，实时获取所述蓄电池的当前荷电状态，其中，所述蓄电池的当前容量通过如下公式得到：

C_A(t,T)＝ΔC_A1/(SOC₁-SOC₀)，

其中，C_A(t,T)为蓄电池在一个标准循环的放电容量，ΔC_A1为电池在上一次处于“静止”状态时的两次采样的容量差值，SOC₁,SOC₀分别为两个不同静止时刻估算出的SOC值，

如果所述蓄电池的当前状态为恢复状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数，并根据所述第三类参数获取所述蓄电池的荷电状态，

如果所述蓄电池的当前状态为充放电状态，则所述荷电状态运算装置从所述数据存储装置中调取所述在线参数补偿数据库中的所述第三类参数和所述第四类参数，并根据所述第三类参数和所述第四类参数获取所述蓄电池的荷电状态，

数据库建立装置，所述数据库建立装置与所述数据存储装置相连，用于对所述蓄电池进行测试，采集测试过程中的测试参数，建立所述在线参数补偿数据库，并将所述在线参数补偿数据库存储在所述数据存储装置中，其中，对所述蓄电池进行测试，包括：对所述蓄电池进行能量和容量测试、内阻和功率测试、充放电状态-开路电压测试、自放电测试、能量效率测试、冷/热启动测试、功率测试、模拟工况测试、使用寿命测试。

11.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，所述采集装置包括：

电压采集模块，所述电压采集模块分别与所述蓄电池和所述数据存储装置相连，用于采集所述蓄电池的电压值；

电流采集模块，所述电流采集模块分别与所述蓄电池和所述数据存储装置相连，用于采集所述蓄电池的电流值。

12.如权利要求11所述的在线估算系统，其特征在于，所述采集装置还包括：温度采集模块，所述温度采集模块分别与所述蓄电池和所述数据存储装置相连，用于采集所述蓄电池的温度值，并将所述温度值发送给所述荷电状态运算装置。

13.如权利要求12所述的在线估算系统，其特征在于，所述数据存储装置包括：

Flash存储单元，所述Flash存储单元用于存储所述蓄电池的固定参数；

EEPROM存储单元，所述EEPROM存储单元用于存储所述采集模块采集到的所述蓄电池的电压值、电流值、温度值和所述在线参数补偿数据库；和RAM存储单元，所述RAM存储单元用于存储所述蓄电池的荷电状态值。

14.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，所述静态修正量包括：温度补偿系数和自放电补偿系数。

15.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，所述电池容量修正量包括荷电状态系数和寿命补偿系数。

16.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，所述自恢复修正量包括端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数。

17.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，所述充放电修正量包括所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数。

18.如权利要求17所述的在线估算系统，其特征在于，

当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值不变且为开路电压时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为静止状态，在所述静止状态下，所述蓄电池停止工作；

当所述蓄电池的所述电流值为0，所述蓄电池的所述电压值变化时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为恢复状态，在所述恢复状态下，所述蓄电池从荷电状态向所述静止状态过渡或所述蓄电池从放电状态向所述静止状态过渡；

当所述蓄电池的所述电流值不为0，所述蓄电池的电压值变化时，则所述荷电状态运算装置判断所述蓄电池的当前状态为充放电状态，在所述充放电状态下，所述蓄电池进行充电或放电。

19.如权利要求18所述的在线估算系统，其特征在于，当所述蓄电池的当前状态为恢复状态时，所述荷电状态运算装置根据所述蓄电池的电压值、电流值和温度值在所述在线参数补偿数据库的第二类参数中调用当前荷电状态值，利用所述第三类参数中的端电压修正系数、极化内阻效应系数和自恢复效应系数对所述当前荷电状态值进行修正，并将修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值存入所述在线参数补偿数据库，利用所述第二类参数中的所述温度补偿系数、所述自放电补偿系数和所述寿命补偿系数对所述蓄电池的修正后的所述蓄电池的当前荷电状态值再次进行修正。

20.如权利要求18所述的在线估算系统，其特征在于，当所述蓄电池的当前状态为充放电状态时，所述荷电状态运算装置获取所述蓄电池的初始荷电状态值，其中所述蓄电池的初始荷电状态值为所述蓄电池在所述静止状态或所述恢复状态下估算的荷电状态值，计算所述蓄电池的当前电流值在时间上的积分，以及所述蓄电池充电量或放电量，将所述蓄电池充电量或放电量与所述蓄电池的额定电量进行比较，得到荷电状态变化值，利用所述第四类参数中的所述蓄电池的容量差异值、充放电效率、充放电电流差异和充放电倍率补偿系数对所述荷电状态变化值进行修正，计算所述蓄电池的当前荷电状态值为所述初始荷电状态值与修正后的荷电状态修正值之和，根据所述当前荷电状态值估算所述蓄电池的容量，获得所述蓄电池的荷电状态。

21.如权利要求10所述的在线估算系统，其特征在于，进一步包括：

通信装置，所述通信装置与所述荷电状态运算装置相连，所述荷电状态运算装置通过所述通信装置与外部设备进行数据交互。

22.如权利要求21所述的在线估算系统，其特征在于，所述通信装置设置有CAN接口、USB接口、LAN接口和RS232接口。