CN103048626A - 一种准确估算soc的方法 - Google Patents

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Abstract

一种准确估算SOC的方法，利用电池在不同温度、不同倍率下的充电曲线，根据电池充电时的单体电压修正SOC，提高SOC估算精度，包括低端修正和高端修正两部分。本发明增加了SOC修正机会、提高了SOC估算精度、简单易行、容易推广和使用。本发明在开路电压法和安时积分法的基础上，充分利用充电曲线的低端和高端修正SOC，由于本发明增加了充电过程中的SOC低端修正，尤其可以提高充电中断情况下的SOC估算精度。

Description

一种准确估算SOC的方法
技术领域
本发明涉及电池管理领域，特别涉及一种能准确估算SOC的方法。
背景技术
电池剩余电量又称电池的荷电状态（State of Charge；SOC）是电池状态的重要参数之一，为电动汽车整车的控制策略提供依据。精确估算当前电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止过充或过放对电池损伤，为我们合理利用电池，提高电池使用寿命，降低维护成本提供了技术方向。如何准确又可靠得获得电池SOC值是电池管理系统最基本也是最重要的任务。
目前国内外在对电池SOC的准确估算方面已做了大量研究，实际产品应用中由于电池管理系统硬件条件的限制，常用的方法仍然是简单有效的开路电压法和安时积分法相结合。开路电压法需要电池静置足够长的时间，同时SOC值随开路电压变化明显，当电池管理系统经过静置而上电工作时，根据单体电压估算电池的初始SOC值。
而安时积分法是目前应用最广泛、最简单易行的估算方法。在电池系统工作过程中，将电池的充放电电流对时间进行积分运算，然后估算电池的动态SOC值。安时积分法对电流采样精度要求较高，否则长时间运行后可能产生较大的累积误差，实际上目前安时积分法因此存在一定的误差。此外常见的还有卡尔曼滤波法和模糊神经网络法，由于电池管理系统的硬件限制和算法自身的成熟度，目前还未得到大量实际应用验证。
磷酸铁锂电池由于具有很平坦的充、放电平台，而电池管理系统的SOC需要精度较高，而且是实时的在线估计，开路电压法也就不太适合磷酸铁锂电池。而安时积分法存在累计误差，目前国家标准要求误差不能超过8%，安时积分法不容易满足此要求。
发明内容
基于此，有必要提供一种利用电池不同温度、不同倍率下的充电曲线，根据电池充电时的单体电压修正SOC的方法。 
本发明通过下述方案实现：
一种准确估算SOC的方法，利用电池在不同温度、不同倍率下的充电曲线，根据电池充电时的单体电压修正SOC，提高SOC估算精度，包括低端修正和高端修正两部分，其中，低端修正的步骤具体包括：
（1）获取电池当前的电流I，单体电压Vi，平均单体电压VA，温度T和额定电量Q等电池系统的参数信息；
（2）通过电池当前的电流方向判断电池是否处于充电状态，若电池处于充电状态则进入步骤（3），否则进入高端修正部分；
（3）判断平均单体电压VA是否处于所述充电曲线的低端线性区间内， 即VA<VL，若处于低端线性区间则进入步骤（4），否则进入高端修正部分；
（4）根据电池电流I和额定电量Q计算当前的充电倍率C，公式为：C=I/Q;
（5）根据计算所得的充电倍率C、温度T和单体电压Vi查表估算SOC修正值；
高端修正的步骤具体包括:
(6)根据单体电压Vi，总电压V总，实际充电电流I实和允许充电电流I允等条件判断电池当前充电是否结束，即是否处于所述充电曲线的高端充满点，若处于高端充满点则进入步骤（7），否则进入步骤（9）；
（7）判断电池的SOC是否小于100%且VA大于VH，若满足则进入步骤(8)，否则进入步骤（9）；
（8）将SOC修正为100%，即修正后的电池达到充满的状态；
（9）输出修正后的SOC值，如果SOC值在低端被修正，且SOC修正值和原有值相差5%以上则输出修正后的SOC值，否则不修正，避免SOC值不必要的跳变。
具体的，充电时电流方向为负，电流值小于零；放电时电流方向为正。
具体的，所述步骤（2）中的持续时间t通常取1分钟以消除能量回馈产生充电电流的情况。
具体的，所述步骤（5）中所查的估算SOC表格是大量实际测试得到的真实数据。
本发明相对于现有技术，具有的优点和有益效果为：
本发明增加了SOC修正机会、提高了SOC估算精度、简单易行、容易推广和使用。本发明在开路电压法和安时积分法的基础上，充分利用充电曲线的低端和高端修正SOC。由于本发明增加了充电过程中的SOC低端修正，尤其可以提高充电中断情况下的SOC估算精度。
附图说明
 1、图1是本发明一实施例中的磷酸铁锂电池室温下的0.2C和1C的充电曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种估算SOC的方法进行说明。
本发明针对现有技术方法的不足，提供一种简单易用的充分利用电池充电曲线的低端线性区间和高端充满点修正SOC的方法。如图1所示一种磷酸铁锂电池不同充电倍率下的充电曲线，通过分析发现在曲线低端存在一段线性区间，通常当SOC低于30%时，充电时的SOC值随单体电压变化较明显。同样在曲线高端当电池充满时，单体电压超出磷酸铁锂平台电压较多，所以可利用充电曲线的两个特殊区段进行充电时的SOC修正。
在低端修正部分，获取电池当前的电流I，单体电压Vi，平均单体电压VA，温度T和额定电量Q等电池系统的参数信息等电池系统信息。然后根据电池当前电流方向和持续时间t判断电池是否处于充电状态：若电池处于充电状态则判断平均单体电压VA是否处于所述充电曲线的低端线性区间内，即VA<VL，若处于线性区间则根据电池电流I和额定电量Q，计算当前的充电倍率C，公式为：C=I/Q，否则进入步骤（6）；根据电池电流计算当前充电倍率:C = I / Q；根据充电倍率C、温度T和单体电压查表估算SOC修正值。
在高端修正部分，单体电压Vi，总电压V总，实际充电电流I实和允许充电电流I允等条件判断电池当前充电是否结束，即是否处于高端充满点。若处于高端充满点则判断电池的SOC是否小于100%，且VA大于VH，否则输出修正后的SOC值；判断电池是否SOC<100%且VA＞VH。若满足则将SOC修正为100%，即修正后的电池达到充满的状态，否则输出修正后的SOC值。
此修正SOC为100%，即电池达到充满状态；输出修正后的SOC值。如果SOC值在低端被修正，且SOC修正值和原有值相差5%以上则输出修正后的SOC值，否则不修正，避免SOC值不必要的跳变。在通电过程中，通常充电时电流方向为负，电流值小于零。放电时电流方向为正，电流值大于零。持续时间t通常取1分钟，消除能量回馈产生充电电流的情况。若电流方向为负且持续1分钟，则认为电池已进入充电状态，进入判断平均单体电压VA是否处于所述充电曲线的低端线性区间内， 即VA<VL，。所查的估算SOC表格是大量实际测试得到的真实数据；本发明的修正方法需要该测试数据的支持，通常充电倍率以0.2C为间隔，范围为0.2C至1C；温度T以20℃为间隔，范围为-15度至45度, 根据上述条件对磷酸铁锂电池进行充电曲线测试。估算时根据单体电压在相近的充电曲线上查找对应的SOC值，然后采用线性插值的办法处理中间点数据。充电曲线测试越详尽，所估算的SOC值越准确。
如果SOC值在低端被修正，且SOC修正值和原有值相差5%以上，则输出修正后的SOC值，否则不修正，避免SOC值不必要的跳变。当低端修正条件不满足时，直接进入高端修正过程；当高端修正条件也不满足时，则修正过程直接结束。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种准确估算SOC的方法，其特征在于，其利用预存的电池在不同倍率下的充电曲线及对应的SOC值进行 SOC修正，所述估算SOC的方法包括低端修正和高端修正两部分，其中，低端修正部分包括步骤：
（1）通过电池管理系统实时至少获取电池当前的电流I，单体电压Vi，平均单体电压VA，温度T和额定电量Q；
（2）判断电池是否处于充电状态，若电池处于充电状态则进入步骤（3），否则进入高端修正部分；
（3）判断平均单体电压VA是否处于所述充电曲线的低端线性区间内， 即VA<VL，其中VL为单体电压下限阀值，若处于低端线性区间则进入步骤（4），否则进入高端修正部分；
（4）根据电池电流I和额定电量Q计算当前的充电倍率C;
（5）根据所述充电倍率C、温度T和单体电压Vi查表估算SOC修正值；
所述高端修正部分包括步骤:
(6)判断电池当前充电是否结束，即是否处于所述充电曲线的高端充满点，若处于高端充满点则进入步骤（7），否则进入步骤（9）；
（7）判断电池的SOC是否小于100%且VA大于VH，其中VH为单体电压上限阀值，若满足则进入步骤(8)，否则进入步骤（9）；
（8）将SOC修正为100%，即修正后的电池达到充满的状态；
（9）输出修正后的SOC值，如果SOC值在低端被修正，且SOC修正值和原有值相差5%以上则输出修正后的SOC值，否则不修正。
2.根据权利要求1所述的一种准确估算SOC的方法，其特征在于，所述步骤（2）的方向规定为：充电时电流方向为负，电流值小于零；放电时电流方向为正。
3.根据权利要求1所述的一种准确估算SOC的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的持续时间t取1分钟以消除能量回馈产生充电电流的情况。
4.根据权利要求1所述的一种准确估算SOC的方法，其特征在于，所述步骤（5）中所查的估算SOC表格是大量实际测试得到的真实数据。
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