CN104569825A - 动力电池的soc的动态诊断方法及其电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池的SOC的动态诊断方法，包括以下步骤：S1，获得动力电池的充放电电流I和SOC计算值；S2，对充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算；S3，根据步骤S2的计算结果分别计算动力电池的动态上限阈值和动态下限阈值；S4，根据动态上限阈值和动态下限阈值对SOC计算值进行诊断。本发明通过对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证了SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性。本发明还公开了一种动力电池的电池管理系统。

Description

动力电池的SOC的动态诊断方法及其电池管理系统

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池的SOC的动态诊断方法及一种动力电池的电池管理系统。

背景技术

目前，新能源汽车中的电动汽车是汽车行业的一个热点。对于电动汽车的动力电池选择来说，由于锂离子电池的比能量高、无记忆效应和污染小等优点被许多厂家所采用。电池SOC（State Of Charge，荷电状态）是BMS（Battery Management System，电池管理系统）中一个反映电池状态的重要参数。当前BMS采用的SOC算法很多，有安时积分法、卡尔曼滤波法和神经网络法等，但是由于电池SOC初始值的误差和电流测量误差等因素，SOC计算值与真实值之间存在误差，如果误差过大，则影响电池的正常使用。所以要对电池SOC进行诊断，保证电池SOC计算的准确性，使得电池使用者能够根据SOC来判断电池状态，从而合理使用电池以对电池进行防护。

现有技术中，BMS的诊断模块中对SOC的一般诊断方法是给出SOC的一个上限值和一个下限值，判断SOC值是否在该上下限值范围内，否则报错。具体地说，现有的锂离子电池BMS诊断模块对电池SOC的诊断方法是给出SOC的一个上限值和一个下限值，这两个限值都是固定的常数，是一种静态诊断方法。这种诊断方法可以使电池在一个规定的SOC范围内工作，防止电池过充或过放，但不能对SOC的计算误差进行诊断，即不能实时反映SOC值的误差，从而导致SOC计算值有较大误差时无法发现。如果SOC的计算值与真实值有较大误差，仅仅通过静态诊断方法，虽然可以保证电池的SOC仍在规定的上下限值范围内，但该SOC值会影响BMS对电池其他状态的计算及判断，进而影响到整车性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为此，本发明一个目的在于提出一种动力电池的SOC的动态诊断方法，通过对获得的动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证电池SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性，进而提高电池管理系统的性能。

本发明另一个目的在于提出一种动力电池的电池管理系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种动力电池的SOC的动态诊断方法，包括以下步骤：

S1，获得所述动力电池的充放电电流I和所述动力电池的SOC计算值；

S2，对所述动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，其中，所述充电电流I₊和放电电流I_-根据所述充放电电流I获得；

S3，根据步骤S2中的计算结果分别计算所述动力电池的动态上限阈值和动态下限阈值；

S4，根据所述动态上限阈值和动态下限阈值对所述SOC计算值进行诊断。

根据本发明实施例的动力电池的SOC的动态诊断方法，通过对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证了SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性，进而提高电池管理系统的性能。

其中，在本发明的一个实施例中，根据以下公式获得所述充电电流I₊：

$I_{+}=\left\{\begin{array}{cc}I& I>0\\ 0& I\≤0\end{array}\right.$

其中，I为所述充放电电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式获得所述放电电流I_-：

$I_{-}=\left\{\begin{array}{cc}0& I\&GreaterEqual;0\\ I& I<0\end{array}\right.$

其中，I为所述充放电电流。

另外，在本发明的一个实施例中，在所述步骤S2之前还包括：获得所述动力电池的开路电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：

根据所述动力电池的开路电压查询预设的开路电压-SOC查值表以获得所述动力电池的SOC的初始值；

根据所述动力电池的SOC的初始值对所述充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算以获得第一计算结果、第二计算结果和第三计算结果。

其中，在本发明的一个实施例中，所述动态上限阈值根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\sup }={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{+}}$

其中，SOC_sup为所述动态上限阈值，SOC_I为所述第一计算结果，为所述第二计算结果。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述动态下限阈值根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{-}}$

其中，SOC_low为所述动态下限阈值，SOC_I为所述第一计算结果，为所述第三计算结果。

其中，在本发明的一个实施例中，在所述步骤S4中，当所述SOC计算值小于所述动态下限阈值或者所述SOC计算值大于所述动态上限阈值，判断所述SOC计算值出错；当所述SOC计算值大于等于所述动态下限阈值且所述SOC计算值小于等于所述动态上限阈值，判断所述SOC计算值正确。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述SOC计算值出错时，根据以下公式计算得到所述动力电池的当前SOC值以代替出错的所述SOC计算值：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{now}}=\frac{{\mathrm{SOC}}_{\sup }+{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}}{2}$

其中，SOC_now为所述动力电池的当前SOC值。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种动力电池的电池管理系统，包括电池诊断模块，所述电池诊断模块执行第一方面实施例所述的动力电池的SOC的动态诊断方法。

根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统，电池诊断模块通过对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证了SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性，进而提高了电池管理系统的性能。

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动力电池的SOC的动态诊断方法的流程图。

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。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的动力电池的SOC的动态诊断方法和动力电池的电池管理系统。

如图1所示，根据本发明实施例提出的动力电池的SOC的动态诊断方法，包括以下步骤：

S1，获得动力电池的充放电电流I和动力电池的SOC计算值。

在本发明的一个实施例中，该动力电池的SOC的动态诊断方法可以由电池管理系统的电池诊断模块来实现，具体而言，电池诊断模块从电池通讯模块得到动力电池的充放电电流I和SOC计算值。其中，SOC计算值是指电池管理系统的计算模块计算得到的SOC值，计算模块采用的SOC计算方法可以是任何一种可以计算SOC的方法。应当理解，该动力电池的SOC的动态诊断方法是对SOC值进行诊断，该动力电池的SOC的动态诊断方法和电池管理系统采用何种SOC计算方法无关，即对任何SOC计算方法都适用。

S2，对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，其中，充电电流I₊和放电电流I_-根据充放电电流I获得。

在本发明的一个实施例中，将通讯模块得到的动力电池的充放电电流分为两部分：充电电流部分和放电电流部分。充电电流部分是指将电流的充电部分保存，放电电流部分记为零。将通讯模块得到的动力电池的充放电电流的电流值记为I，充电电流的电流值记为I₊，放电电流的电流值记为I_-。

其中，在本发明的一个实施例中，充电电流I₊根据以下公式获得：

$I_{+}=\left\{\begin{array}{cc}I& I>0\\ 0& I\&le;0\end{array}\right.$

其中，I为充放电电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，放电电流I_-根据以下公式获得：

$I_{-}=\left\{\begin{array}{cc}0& I\&GreaterEqual;0\\ I& I<0\end{array}\right.$

其中，I为充放电电流。

另外，在本发明的一个实施例中，在步骤S2之前还包括：获得动力电池的开路电压。具体而言，电池诊断模块从电池通讯模块得到动力电池的开路电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：根据动力电池的开路电压查询预设的开路电压-SOC查值表以获得动力电池的SOC的初始值；根据动力电池的SOC的初始值对充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算以获得第一计算结果、第二计算结果和第三计算结果。

可以理解的是，对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分首先要确定初始值，当整车上电后，利用通讯模块得到的根据动力电池的开路电压查询预设的开路电压-SOC查值表以获得动力电池的SOC的初始值，然后对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算以获得第一计算结果SOC_I、第二计算结果和第三计算结果

需要说明的是，安时积分的公式为：

${\mathrm{SOC}}_0+\&Integral;\frac{I^{,}\&CenterDot;t}{C}\mathrm{dt}$

其中，SOC₀是SOC的初始值，I’是进行安时积分的电流，t是任务周期，C是电池容量，并且充电时电流为正，放电时电流为负。其中，任务周期和电池容量为标定量。

需要说明的是，在本发明的一个实施例中，第二计算结果的预设取值范围为第三计算结果的预设取值范围为即第二计算结果和第三计算结果的取值的绝对值上限均为20%，应当理解，在本发明的一个实施例中，当第二计算结果和第三计算结果的绝对值超过上限时取上限值对应的取值。

S3，根据步骤S2中的计算结果分别计算动力电池的动态上限阈值和动态下限阈值；

进一步地，在本发明的一个实施例中，利用步骤S2得到的计算结果进行动态上限阈值记为SOC_sup和动态下限阈值记为SOC_low的计算。

具体地，在本发明的一个实施例中，动态上限阈值SOC_sup根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\sup }={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{+}}$

其中，SOC_sup为动态上限阈值，SOC_I为第一计算结果，为第二计算结果。

进一步地，在本发明的一个实施例中，动态下限阈值SOC_low根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{-}}$

其中，SOC_low为动态下限阈值，SOC_I为第一计算结果，为第三计算结果。

需要说明的是，上述得到的动态上限阈值和动态下限阈值不是固定的常数，而是动态值，即每个任务周期计算一次，可以利用动态上限阈值和动态下限阈值实时对电池管理系统的计算模块所计算的SOC值进行诊断。

S4，根据动态上限阈值和动态下限阈值对SOC计算值进行诊断。

在本发明的一个实施例中，当SOC计算值小于动态下限阈值或者SOC计算值大于动态上限阈值，判断SOC计算值出错；当SOC计算值大于等于动态下限阈值且SOC计算值小于等于动态上限阈值，判断SOC计算值正确。也就是说，利用上述计算得到的动态上限阈值和动态下限阈值对SOC计算值进行诊断，如果SOC计算值小于动态下限阈值或者SOC计算值大于动态上限阈值时，说明SOC计算误差较大，电池诊断模块报错；如果SOC计算值大于等于动态下限阈值且SOC计算值小于等于动态上限阈值，即电池管理系统的计算模块计算的SOC值在动态上、下限阈值范围内，则电池诊断模块不报错。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当SOC计算值出错时，根据以下公式计算得到动力电池的当前SOC值以代替出错的SOC计算值：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{now}}=\frac{{\mathrm{SOC}}_{\sup }+{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}}{2}$

其中，SOC_now为动力电池的当前SOC值。

也就是说，当SOC计算值出错时，由电池管理系统的计算模块得到的SOC值不再作为电池的SOC，而是用另一个值来代替；当电池诊断模块不报错时，即仍然取电池管理系统的计算模块计算的SOC计算值作为动力电池的SOC，诊断过程完成。

应当理解，本发明通过给出的SOC的动态上限阈值和动态下限阈值，可以对SOC的计算值误差进行实时诊断，属于一种动态诊断方法。这种动态诊断方法与现有的静态诊断方法相比，可以实时诊断SOC的每一个计算值是否存在较大误差，及时排查SOC值有较大误差的情况，从而保证SOC计算值的准确性，提高了对动力电池SOC诊断的全面性和实效性，进而提高了电池管理系统的性能，使整个系统运行更加稳定。

综上所述，根据本发明实施例的动力电池的SOC的动态诊断方法，通过对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证了SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性，进而提高电池管理系统的性能。

此外，本发明第二方面实施例还提出了一种动力电池的电池管理系统，该动力电池的电池管系统包括电池诊断模块，该电池诊断模块执行第一方面实施例的动力电池的动态诊断方法，也就是说，对动力电池的SOC的动态诊断是在电池管理系统的电池诊断模块中来实现。

根据本发明实施例的动力电池的电池管理系统，电池诊断模块通过对动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，从而获得动态上限阈值和动态下限阈值以对动力电池的SOC计算值进行诊断，保证了SOC计算值的准确性，提高了对动力电池的SOC诊断的全面性和实效性，进而提高了电池管理系统的性能，使整个系统运行更加稳定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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 (10)

1.一种动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获得所述动力电池的充放电电流I和所述动力电池的SOC计算值；

S2，对所述动力电池的充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算，其中，所述充电电流I₊和放电电流I_-根据所述充放电电流I获得；

S3，根据步骤S2中的计算结果分别计算所述动力电池的动态上限阈值和动态下限阈值；

S4，根据所述动态上限阈值和动态下限阈值对所述SOC计算值进行诊断。

2.根据权利要求1所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，根据以下公式获得所述充电电流I₊：

$I_{+}=\left\{\begin{array}{cc}I& I>0\\ 0& I\&le;0\end{array}\right.$

其中，I为所述充放电电流。

3.根据权利要求1所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，根据以下公式获得所述放电电流I_-：

$I_{-}=\left\{\begin{array}{cc}0& I\&GreaterEqual;0\\ I& I<0\end{array}\right.$

其中，I为所述充放电电流。

4.根据权利要求1所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，在所述步骤S2之前还包括：

获得所述动力电池的开路电压。

5.根据权利要求4所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

根据所述动力电池的开路电压查询预设的开路电压-SOC查值表以获得所述动力电池的SOC的初始值；

根据所述动力电池的SOC的初始值对所述充放电电流I、充电电流I₊和放电电流I_-分别进行安时积分计算以获得第一计算结果、第二计算结果和第三计算结果。

6.根据权利要求5所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，所述动态上限阈值根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\sup }={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{+}}$

其中，SOC_sup为所述动态上限阈值，SOC_I为所述第一计算结果，为所述第二计算结果。

7.根据权利要求6所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，所述动态下限阈值根据以下公式计算得到：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}={\mathrm{SOC}}_I+{\mathrm{SOC}}_{I_{-}}$

其中，SOC_low为所述动态下限阈值，SOC_I为所述第一计算结果，为所述第三计算结果。

8.根据权利要求7所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，在所述步骤S4中，

当所述SOC计算值小于所述动态下限阈值或者所述SOC计算值大于所述动态上限阈值，判断所述SOC计算值出错；

当所述SOC计算值大于等于所述动态下限阈值且所述SOC计算值小于等于所述动态上限阈值，判断所述SOC计算值正确。

9.根据权利要求8所述的动力电池的SOC的动态诊断方法，其特征在于，当所述SOC计算值出错时，根据以下公式计算得到所述动力电池的当前SOC值以代替出错的所述SOC计算值：

${\mathrm{SOC}}_{\mathrm{now}}=\frac{{\mathrm{SOC}}_{\sup }+{\mathrm{SOC}}_{\mathrm{low}}}{2}$

其中，SOC_now为所述动力电池的当前SOC值。

10.一种动力电池的电池管理系统，其特征在于，包括电池诊断模块，所述电池诊断模块执行如权利要求1-9中任一项所述的动力电池的SOC的动态诊断方法。