CN103018679A - 一种铅酸电池初始荷电状态soc0的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，包括以下步骤：a、采集流过电池的电流以及电池的端电压；b、判断电池是否处于静置状态，若不是，则进入步骤c，反之则进入步骤d；c、采用放电状态下SOC0与端电压和放电倍率的关系式，得到初始荷电状态，并进入步骤g；d、判断电池是否处于稳定状态，若不是，则进入步骤e，反之则进入步骤f；e、调用静置前记录的SOC值作为初始荷电状态，并进入步骤g；f、采用静置状态的OCV-SOC关系式，得到初始荷电状态，并进入步骤g；g、采用安时积分法实时估算电池SOC。考虑了电池放电和静置两种状态，以及放电倍率、静置时间等因素对SOC0估算的影响，从而提高了SOC0的估算精度。
Description
技术领域
本发明属于铅酸电池技术领域，特别涉及一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法。
背景技术
电池荷电状态（SOC）用于表示电池剩余电量，是反映电池当前状态以及对电池充放电控制的重要参数，其精确估算有着重要的意义。目前，SOC的估算一般是通过开路电压法得到电池的初始荷电状态SOC0，然后采用安时积分法实时计算电池的SOC，也即因此，电池初始荷电状态SOC0是SOC准确估算的前提保证。
然而，简单采用开路电压得到电池初始荷电状态SOC0存在很大的缺陷，具体在于：只有电池在一段长时间的静置后（一般需要4个小时以上），开路电压才能很好地反映当前电池荷电状况。在实际使用中，很多情况下电池静置的时间比较短，或者电池正处于充电或者放电状态，此时采用开路电压法估算SOC0就会带来很大的误差，估算的准确性将大大降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，以解决当前电池初始荷电状态SOC0不精确的问题。
为了实现上述目的，本发明通过下列技术方案来实现：一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，该估算方法包括如下步骤：
a、采集流过电池的电流以及电池的端电压；
b、判断电池是否处于静置状态，若不是，则进入步骤c，反之则进入步骤d；
c、采用放电状态下SOC0与端电压和放电倍率的关系式，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
d、通过计算电池静置的时间，判断电池是否处于稳定状态，若不是，则进入步骤e，反之则进入步骤f；
e、调用静置前记录的SOC值做为初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
f、采用静置状态下的OCV-SOC关系式SOC0=f(V)=a1×V+a0，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；OCV-SOC就是用开路电压估算SOC0，但是系数与具体电池有关，有一个普遍应用的方法用于得到系数。
g、采用安时积分法实时估算电池SOC。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法对放电以及静置两种状况进行电池初始荷电状态SOC0的估算。电池放电状况下，由于电池内阻的存在，电池两端电压低于开路电压，也即放电与静置两种状态下电压与当前荷电状态的对应关系不同，因此要判断电池当前所处的状态。通过采集流过铅酸电池的电流，如果电流为零，可知电池当前处于静置状态；若电流大于零，则可判断电池当前处于放电状态。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为根据铅酸电池放电倍率，对放电总容量进行重新校正。铅酸电池的总放电容量受到放电倍率的影响，在不同的放电倍率下，电池能放出的总电量不同。铅酸电池一般以10小时率来表征容量。一般而言，放电电流越大，能放出的总容量越小；而当放电电流小于0.1C时，所能放出的容量则要大于额定容量。通过设置若干个放电倍率，以恒定放电倍率将铅酸电池放电至截止电压，计算各个放电倍率下电池放电量与额定容量的比值，即可得到若干个表征放电量与放电倍率之间关系的特征点。将特征点拟合得到放电容量与放电倍率的关系式Qn1=Qn(in/in1)p-1，通过该关系式可以对任一放电倍率下铅酸电池实际可放出的总电量进行重新修正。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为设置若干个不同的放电倍率将电池放电至截止电压，得到不同放电倍率下的放电曲线。在某一个特定的放电倍率下，铅酸电池两端电压与当前荷电状态存在对应的关系。选择若干个不同的放电倍率，以恒流对铅酸电池进行放电直至截止电压。在放电过程中，每隔一段时间记录下当前电池端电压以及相应的荷电状态，将记录的若干组数据分别拟合可以得到不同放电倍率下的放电曲线。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为采用最小二乘法对所有放电曲线进行拟合，得到初始荷电状态SOC0与放电倍率和电池端电压的关系式：SOC0=f(C,V)=a2(C)×V2+a1(C)×V+a0(C)，式中，V为电池端电压，a2(C)、a1(C)、a0(C)为与放电倍率相关的函数式。铅酸电池初始荷电状态SOC0受到电池端电压与放电倍率的共同影响。采用最小二乘法对测量得到的各个放电倍率下的放电曲线进行拟合，得到初始荷电状态SOC0关于电池端电压的二项式公式，该二项式中每一项的系数为与放电倍率相关的函数多项式。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为根据测量的不同放电倍率曲线，采用最小二乘法拟合得到a2(C)、a1(C)、a0(C)与放电倍率的关系式。确定了a2(C)、a1(C)、a0(C)各自的函数多项式系数，通过采集铅酸电池端电压以及流过铅酸电池的电流，就可以精确得到电池初始荷电状态SOC0的具体值。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为当判断铅酸电池处于静置恢复阶段时，调用静置前记录的SOC值作为当前电池初始荷电状态SOC0。当铅酸电池处于静置恢复阶段时，其端电压会缓慢变化向静置稳定值趋近，因此无法采用OCV-SOC关系式估算电池初始荷电状态。采用单片机等具有存储功能的器件，记录电池静置前的时间以及荷电状态SOC。当重新启动对电池进行SOC估算时，若静置时间表明电池处于静置恢复阶段，则调用静置前记录的SOC作为当前电池初始荷电状态SOC0。
在上述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法中，所述的估算方法为当判断铅酸电池处于静置稳定阶段时，通过OCV-SOC关系式得到电池初始荷电状态SOC0。通过脉冲放电法，在相同的环境温度下，以0.1C倍率从100%容量开始放电，每次放电1小时，也即放电10%，然后静置一定的时间。如此循环10次，记录到0%至100%中共11个点的电压，将这些点拟合即可得到开路电压与电池初始荷电状态SOC0的关系曲线。通过多次重复性测量，采用平均值方法得到铅酸电池开路电压与电池初始荷电状态SOC0的关系式。当判断得到电池处于静置稳定状态时，通过采集电池两端的电压，即可得到电池初始荷电状态SOC0。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：考虑了电池放电和静置两种状态，以及放电倍率、静置时间等因素对SOC0估算的影响，从而提高了SOC0的估算精度
附图说明
图1是本铅酸电池初始荷电状态SOC0估算方法的流程图；
图2是不同放电倍率与放电容量的关系曲线；
图3是不同放电倍率下电池端电压和当前荷电状态的关系曲线；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明不限于该实施例。
如图1所示，本铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，包括以下步骤：
a、采集流过电池的电流以及电池的端电压；
b、判断电池是否处于静置状态，若不是，则进入步骤c，反之则进入步骤d；
c、采用放电状态下SOC0与端电压和放电倍率的关系式，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
d、判断电池是否处于稳定状态，若不是，则进入步骤e，反之则进入步骤f；
e、调用静置前记录的SOC值作为初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
f、采用静置状态的OCV-SOC关系式，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
g、采用安时积分法实时估算电池SOC。
单体铅酸电池的截止电压一般为1.6~1.8V，根据不同电池有所不同，但是针对同一款电池，截止电压是固定的。
铅酸电池的放电容量是以0.1C的放电倍率为标准得到的，由于铅酸电池本身的电化学特性，放电倍率的大小对其放电容量有较大影响，不同放电倍率下电池放出的电量并不相同。从图2可以看出，放电容量与放电倍率满足Peukert经验公式。在放电状态下，通过SOC0与端电压和放电倍率的关系式，得到电池初始荷电状态SOC0后，以该放电倍率的放电容量作为标准进行折算修正，进一步提高SOC0的估算精度。
所述的估算方法为在放电状态下，根据铅酸电池放电倍率，采用Peukert方程Qn1=Qn(in/in1)p-1对放电总容量进行重新校正。在不同放电倍率下，电池能放出的总容量是不一样的，电池标示的额定容量只代表一种理想的放电状态。一般方法不考虑放电倍率的影响，默认额定容量就是实际能放出的总容量。提出的方法可以根据放电倍率，对实际能放电的容量进行重新校正，校正的标准依据的是附图2所示的关系，容量重新校正包含在步骤c的方法当中。
为了得到放电状态下初始荷电状态SOC0与端电压和放电倍率的关系式，分别采用0.1C、0.2C、0.3C、0.4C、0.5C将铅酸电池放电至截止电压，记录电池端电压以及对应的荷电状态SOC，得到图3所示的5条关系曲线。将这些关系曲线进行拟合，即可得到初始荷电状态SOC0与端电压和放电倍率的一般关系式。
铅酸电池的静置恢复阶段为静置的初始阶段，在该阶段铅酸电池开路电压缓慢变化并逐渐趋向于稳定值；静置稳定阶段为铅酸电池开路电压不再变化，基本为恒定值的阶段。一般静置4个小时以上，电池开路电压趋于稳定，该电压可以作为电池当前电池荷电状态对应的开路电压值。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，该估算方法包括如下步骤：
a、采集流过电池的电流以及电池的端电压；
b、判断电池是否处于静置状态，若不是，则进入步骤c，反之则进入步骤d；
c、采用放电状态下SOC0与端电压和放电倍率的关系式，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
d、通过计算电池静置的时间，判断电池是否处于稳定状态，若不是，则进入步骤e，反之则进入步骤f；
e、调用静置前记录的SOC值作为初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
f、采用静置状态的OCV-SOC关系式，得到初始荷电状态SOC0，并进入步骤g；
g、采用安时积分法实时估算电池SOC。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，所述的估算方法为在放电状态下，根据铅酸电池放电倍率，采用Peukert方程Qn1=Qn(in/in1)p-1对放电总容量进行重新校正。
3.根据权利要求1所述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，所述的估算方法为选取若干个不同的放电倍率，分别采用这几个放电倍率将电池从满电状态放电至截止电压，得到不同放电倍率下电池电压与SOC的放电关系曲线。
4.根据权利要求3所述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，所述的估算方法为采用最小二乘法对所有放电曲线进行拟合，得到初始荷电状态SOC0与放电倍率和电池端电压的关系式：SOC0=f(C,V)=a2(C)×V2+a1(C)×V+a0(C)，式中，V为电池端电压，a2(C)、a1(C)、a0(C)为与放电倍率相关的函数式。
5.根据权利要求4所述的一种铅酸电池初始荷电状态SOC0的估算方法，其特征在于，所述的估算方法为根据测量的不同放电倍率曲线，采用最小二乘法拟合得到a2(C)、a1(C)、a0(C)与放电倍率的关系式。
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