CN103267953B - 一种磷酸铁锂动力电池soc的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，该方法根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系；然后将此函数关系写进BMS中，用递归循环算法，找出SOC基准点，进行SOC的估算。本发明只需根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出不同SOC基准值下电池电压与放电倍率的函数关系，因此本发明简单易行；本发明利用电池电压来估算SOC时，兼顾了电池电压与放电倍率之间实时更新的函数关系，因此，本发明的SOC估算更加准确。

Description

一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电源设备技术领域，具体是一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法。
背景技术
为了应对能源危机，减缓全球气候变暖，许多国家都开始重视节能减排和发展低碳经济。电动汽车因为采用电力进行驱动，可以降低二氧化碳的排放量甚至实现零排放，所以得到各国的重视而迅速发展。但是电池成本仍然较高，动力电池的性能和价格是电动汽车发展的主要“瓶颈”。磷酸铁锂电池因其寿命长、安全性能好、成本低等优点而成为电动汽车的理想动力源。
随着电动汽车的发展，电池管理系统（BMS）也得到了广泛应用。为了充分发挥电池系统的动力性能、提高其使用的安全性、防止电池过充和过放，延长电池的使用寿命、优化驾驶和提高电动汽车的使用性能，BMS系统就要对电池的荷电状态即SOC（State Of Charge）进行准确估算。SOC是用来描述电池使用过程中可充入和放出容量的重要参数。电池的SOC和很多因素相关，如温度、前一时刻充放电状态、极化效应、电池寿命等，而且具有很强的非线性，给SOC实时在线估算带来很大的困难。
目前电池SOC估算方法有：开路电压法、安时积分法、内阻法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等。开路电压法由于要预计开路电压，因此需要长时间静置电池组，不适合电动汽车的实时在线检测；内阻法存在着估算内阻的困难，在硬件上也难以实现；人工神经网络法和卡尔曼滤波法则由于系统设置复杂，而且在电池管理系统中应用成本很高，不具备优势，因此相对于开路电压法、内阻法、神经网络法和卡尔曼滤波法，安时积分法由于简单有效而常被采用。
现有技术利用安时积分法估算SOC时，往往只根据电池的某个放电倍率来确定电压值，再以该电压值来估算某一点的SOC，如0.3C放电到SOC为70%时，电池电压为3.3V，那么就认为当电池电压为3.3V时，SOC为70%，由于在不同倍率的动态放电情况下，某确定的SOC往往对应不同的电压，因此这种SOC估算方法得出的结果不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简单易行的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，以解决现有技术中磷酸铁锂动力电池SOC估算不准确的问题。
本发明的技术方案为：
一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系；
（2）将上述SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，确定满足某个SOC基准值下电池电压与放电倍率的函数关系的SOC基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，所述不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系的获得，包括以下步骤：
（1）将电池充电至最高电压；
（2）使用电池测试柜，测量并记录充满电的电池在不同放电倍率下电池电压随放电时间的变化情况以及电池剩余容量随放电时间的变化情况；
（3）根据上述电池剩余容量随放电时间的变化情况，结合SOC的计算公式，得到SOC随放电时间的变化情况；
（4）根据上述电池电压随放电时间的变化情况以及SOC随放电时间的变化情况，获得不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系。
所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，所述电池电压与放电倍率的函数关系是以放电倍率为横坐标、电池电压为纵坐标的曲线。
所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，还包括利用较小的SOC基准值下的电池电压与放电倍率的函数关系，对较大的SOC基准值下的估算结果进行校正。
本发明只需根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出不同SOC基准值下电池电压与放电倍率的函数关系，因此本发明简单易行；本发明利用电池电压来估算SOC，兼顾了电池电压与放电倍率之间实时更新的函数关系，因此，本发明的SOC估算更加准确。
附图说明
图1是SOC为70%时电池电压V与放电倍率C的函数关系图；
图2是SOC为50%时电池电压V与放电倍率C的函数关系图；
图3是SOC为30%时电池电压V与放电倍率C的函数关系图；
图4是SOC为15%时电池电压V与放电倍率C的函数关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明。
将电池充电至最高电压，此时电池为满充状态，其SOC为100%，放电过程中：
某个时刻的荷电状态SOC=截至该时刻电池剩余容量/电池额定容量=（电池额定容量-截至该时刻电池放电已消耗容量）/电池额定容量；
某个时刻的放电倍率C=该时刻放电电流/电池额定容量。
不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系的获得，包括以下步骤：
（1）将电池充电至最高电压；
（2）使用电池测试柜，测量并记录充满电的电池在不同放电倍率下电池电压随放电时间的变化情况以及电池剩余容量随放电时间的变化情况；
（3）根据上述电池剩余容量随放电时间的变化情况，结合SOC的计算公式，得到SOC随放电时间的变化情况；
（4）根据上述电池电压随放电时间的变化情况以及SOC随放电时间的变化情况，获得不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系。
实施例一：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为70%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图1所示；
（2）将上述SOC为70%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出满足函数关系V-C曲线上的点，该点即为SOC为70%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
实施例二：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为50%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图2所示；
（2）将上述SOC为50%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出满足函数关系V-C曲线上的点，该点即为SOC为50%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
实施例三：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为30%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图3所示；
（2）将上述SOC为30%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出满足函数关系V-C曲线上的点，该点即为SOC为30%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
实施例四：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为15%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图4所示；
（2）将上述SOC为15%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出满足函数关系V-C曲线上的点，该点即为SOC为15%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
实施例五：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为70%和30%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图1、图3所示；
（2）将上述SOC为70%和30%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出SOC为70%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC为70%时的基准点，推算出电池额定容量，进而对电池在经过所述基准点以后的充放电过程中的SOC进行估算；当放电到30%时，利用SOC为30%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系再对SOC的估算结果进行校正。
实施例六：一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC为50%和15%时，电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C曲线，如图2、图4所示；
（2）将上述SOC为50%和15%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系V-C写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，找出SOC为50%时的基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC为50%时的基准点，推算出电池额定容量，进而对电池在经过所述基准点以后的充放电过程中的SOC进行估算；当放电到15%时，利用SOC为15%时的电池电压V与放电倍率C的函数关系再对SOC的估算结果进行校正。
本发明的工作原理：
本发明根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系，然后将此函数关系写进BMS中，用递归循环算法，找出SOC基准点，进行SOC的估算；同时可以选取比原先SOC值小的一个或者两个SOC值对应的电池电压与放电倍率的函数关系，对原先较大SOC值下基准点的估算结果进行校正，使估算更加准确。本发明只需将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电到基准点一次，便可对电池在经过基准点以后（包括基准点）的充放电过程中的SOC进行准确估算。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）根据不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系，拟合出SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系；
（2）将上述SOC取不同基准值时电池电压与放电倍率的函数关系写入电池管理系统BMS中，将电池充电至最高电压，然后从最高电压开始放电，BMS根据实时采集的电池电压和放电电流，用递归循环算法，确定满足某个SOC基准值下电池电压与放电倍率的函数关系的SOC基准点；
（3）BMS的SOC估算模块利用安时积分法测定截至找到上述SOC基准点时电池放电已消耗容量，再结合该SOC基准点，推算出电池额定容量，进而估算出电池在经过所述SOC基准点以后的充放电过程中的SOC。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，其特征在于：所述不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系的获得，包括以下步骤：
（1）将电池充电至最高电压；
（2）使用电池测试柜，测量并记录充满电的电池在不同放电倍率下电池电压随放电时间的变化情况以及电池剩余容量随放电时间的变化情况；
（3）根据上述电池剩余容量随放电时间的变化情况，结合SOC的计算公式，得到SOC随放电时间的变化情况；
（4）根据上述电池电压随放电时间的变化情况以及SOC随放电时间的变化情况，获得不同放电倍率下电池电压与SOC的对应关系。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，其特征在于：所述电池电压与放电倍率的函数关系是以放电倍率为横坐标、电池电压为纵坐标的曲线。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池SOC的估算方法，其特征在于：还包括利用较小的SOC基准值下的电池电压与放电倍率的函数关系，对较大的SOC基准值下的估算结果进行校正。
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