CN104730468B - 一种电池soc估算方法、装置以及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电池SOC估算方法、装置以及电池管理系统，该方法包括：用安时积分法估算电池的SOC；判断所述电池是否处于充放电的平台区；在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；以及当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，以提高电池充放电平台区的SOC估算精度。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，更具体地说，涉及一种电池SOC估算方法、装置以及电池管理系统。
背景技术
SOC(State of Charge，荷电状态)是电池状态的重要参数，为用户使用和系统能量管理提供可靠依据，如何准确而又可靠的获得电池SOC值是电池管理系统最基本也是最重要的任务。
安时积分法是一种常用的电池SOC估算方法，但长时间运行后会产生较大的累积误差，需要修正。
现有技术给出了一种准确估算SOC的方法，它通过电池SOC与电池端电压的对应关系，来修正安时积分法对SOC的估算结果，提高了SOC估算精度。但该方法只能在电池充放电初期和充放电末期修正SOC，而无法解决平台区(即电池充放电中期)SOC估算精度低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电池SOC估算方法、装置以及电池管理系统，以提高电池充放电平台区的SOC估算精度。
一种电池SOC估算方法，包括：
用安时积分法估算电池的SOC；
判断所述电池是否处于充放电的平台区；
在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
其中，所述根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，包括：
根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，确定与当前峰值位置对应的SOC；
若通过查表确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限，修正安时积分法对SOC的估算结果。
可选的，所述计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线后，还包括：
对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波。
可选的，所述判断所述电池是否处于充放电的平台区后，还包括：
在判断得到所述电池处于充放电初期或末期时，根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
一种电池SOC估算装置，包括：
SOC初步估算单元，用于用安时积分法估算电池的SOC；
平台区判断单元，用于判断所述电池是否处于充放电的平台区；
dQ/dV曲线计算单元，用于在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
平台区SOC修正单元，用于在所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
其中，所述平台区SOC修正单元，包括：
第一处理单元，用于根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，确定与当前峰值位置对应的SOC；
第二处理单元，用于在通过查表确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限时，修正安时积分法对SOC的估算结果。
可选的，所述电池SOC估算装置还包括：连接所述dQ/dV曲线计算单元与所述平台区SOC修正单元的滤波单元，用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波。
可选的，所述电池SOC估算装置还包括：与所述平台区判断单元相连的初末期SOC修正单元，用于在判断得到所述电池处于充放电初期或末期时，根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
一种电池管理系统，包括监测回路和与所述监测回路相连的电池组控制单元，其中：
所述监测回路，用于采集所述电池组控制单元工作过程中要用到的各种参数；
所述电池组控制单元，用于用安时积分法估算电池的SOC；判断所述电池是否处于充放电的平台区；在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；以及当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
其中，所述电池组控制单元为在计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线后，还用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波的单元。
从上述的技术方案可以看出，由于电池充放电过程中的dQ/dV曲线峰值对应电池充放电曲线的平台区，因此本发明根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，制成待查表格，当dQ/dV曲线达到峰值时，根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，通过查询待查表格来修正安时积分法对平台区内SOC的估算结果，从而提高了平台区的SOC估算精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电池SOC估算方法流程图；
图2为现有技术公开的一种电池充电曲线图；
图3为现有技术公开的一种电池充电过程中的dQ/dV曲线图；
图4为本发明实施例公开的又一种电池SOC估算方法流程图；
图5为本发明实施例公开的一种电池SOC估算装置结构示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种电池SOC估算装置结构示意图；
图7为本发明实施例公开的一种电池管理系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种电池SOC估算方法，以提高电池充放电平台区的SOC估算精度，包括：
步骤101：用安时积分法估算电池的SOC；
步骤102：判断所述电池是否处于充放电的平台区，在判断得到所述电池处于充放电平台区时，进入步骤103；
步骤103：计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线，即微分容量-电压曲线；
步骤104：判断所述dQ/dV曲线是否达到峰值，在判断得到所述dQ/dV曲线达到峰值时，进入步骤105；否则，返回步骤104；
步骤105：根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
为了更清楚地描述本实施例所述的技术方案，下面对步骤101～步骤105进行详述。
1)关于步骤101
SOC，全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。当SOC＝0％时表示电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。SOC值常用安时积分法进行估算，但估算结果存在一定误差。
2)关于步骤102～103
电池的充电曲线如图2所示，在电池充电初期和末期，单位时间内随电量增加，电压上升比较快；而在充电中期电压上升则比较慢，称为平台区。设单位时间内电量上升值为△Q，单位时间内电压上升值为△V，则△Q/△V在平台区所得比值较电池充电初、末期较大，即电池充电过程中的dQ/dV曲线(即微分容量-电压曲线)峰值对应电池充电的平台区，所述电池充电过程中的dQ/dV曲线如图3所示。
3)关于步骤104～105
dQ/dV曲线的峰值取决于电芯所用材料的性质、电池材料承受的充放电电流密度(即电池组的充放电倍率)、电池的温度以及老化程度，峰值的大小会随上述参数变化，但峰值位置对应的SOC是基本不变的，也即在一定条件下dQ/dV曲线峰值位置对应固定的电池SOC；电池放电情况与此类似。
那么，将dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系制成待查表格，预先存储于电池管理系统，在同等条件下，当步骤103中计算出的dQ/dV曲线达到峰值时，从待查表格中提取与该峰值位置相对应的SOC，若该SOC与用安时积分法估算出的SOC不一致，需要修正安时积分法对SOC的估算结果，查表得到的该SOC即为用安时积分法估算出的的SOC的修正值。
优选的，也可以为参与比较的两个SOC之间的偏差设置一定的裕度，即在通过查表法确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限时，修正安时积分法对SOC的估算结果，从而避免在两个SOC偏差不大的情况下频繁修正安时积分法对SOC的估算结果。
由上述描述可以看出，由于电池充放电过程中的dQ/dV曲线峰值对应电池充放电曲线的平台区，因此本实施例根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，制成待查表格，当dQ/dV曲线达到峰值时，根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，通过查询待查表格修正安时积分法对平台区内SOC的估算结果，从而提高了平台区的SOC估算精度。
此外，由于计算出的dQ/dV曲线会受精度影响，使曲线有过多毛刺，因此有必要对步骤103中计算得到的dQ/dV曲线进行平滑滤波，这样既方便准确找到峰值位置，又可以消除采样误差带来的影响。此外，在判断得到电池处于充放电初、末期时，可采用现有方案修正安时积分法对电池SOC的估算结果，从而保证整个充放电过程中较高的SOC估算精度。基于此，参见图4，本发明实施例公开了又一种电池SOC估算方法，以提高平台区的SOC估算精度，包括：
步骤101：用安时积分法估算电池的SOC；
步骤102：判断所述电池是否处于充放电的平台区，在判断得到所述电池处于充放电平台区时，进入步骤103；否则，进入步骤107；
步骤103：计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
步骤104：对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波，以方便准确找到峰值位置，并消除采样误差带来的影响；
步骤105：判断所述dQ/dV曲线是否达到峰值，在判断得到所述dQ/dV曲线达到峰值时，进入步骤106；否则，返回步骤105；
步骤106：根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，保证了电池充放电平台区较高的SOC估算精度。
步骤107：根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对电池SOC的估算结果，保证了电池充放电初期和末期较高的SOC估算精度。
参见图5，本发明实施例公开了一种电池SOC估算装置，以提高平台区的电池SOC估算精度，包括：
SOC初步估算单元501，用于用安时积分法估算电池的SOC；
平台区判断单元502，用于判断所述电池是否处于充放电的平台区；
dQ/dV曲线计算单元503，用于在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
平台区SOC修正单元504，用于在所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
其中，仍参见图5，平台区SOC修正单元504，包括：
第一处理单元5041，用于根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，确定与当前峰值位置对应的SOC；
第二处理单元5042，用于在通过查表确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限时，修正安时积分法对SOC的估算结果。
作为优选，所述电池SOC估算装置还包括：连接dQ/dV曲线计算单元503与平台区SOC修正单元504的滤波单元505，用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波。
作为优选，所述电池SOC估算装置还包括：与平台区判断单元502相连的初末期SOC修正单元506，用于在判断得到所述电池处于充放电初期或末期时，根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
此外，参见图7，本发明实施例公开了一种电池管理系统，以提高平台区的SOC估算精度，包括：监测回路701和与监测回路701相连的电池组控制单元702；
监测回路701用于采集电池组控制单元702工作过程中要用到的各种参数，如电池端电压、电流、温度等参数；
电池组控制单元702，用于用安时积分法估算电池的SOC；判断所述电池是否处于充放电的平台区；在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；以及当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
其中，电池组控制单元702为在计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线后，还用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波的单元。
综上所述，由于电池充放电过程中的dQ/dV曲线峰值对应电池充放电曲线的平台区，因此本发明根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，制成待查表格，当dQ/dV曲线达到峰值时，根据dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系，通过查询待查表格来修正安时积分法对平台区内SOC的估算结果，从而提高了平台区的SOC估算精度。本发明方法基于电池的电化学原理和特性，算法简单，实施时方便、高效。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电池SOC估算方法，其特征在于，包括：
用安时积分法估算电池的SOC；
判断所述电池是否处于充放电的平台区；
在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，修正后的值为查表得到的与当前峰值对应的SOC。
2.根据权利要求1所述的电池SOC估算方法，其特征在于，所述根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，包括：
根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，确定与当前峰值位置对应的SOC；
若通过查表确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限，修正安时积分法对SOC的估算结果。
3.根据权利要求1或2所述的电池SOC估算方法，其特征在于，所述计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线后，还包括：
对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波。
4.根据权利要求1或2所述的电池SOC估算方法，其特征在于，所述判断所述电池是否处于充放电的平台区后，还包括：
在判断得到所述电池处于充放电初期或末期时，根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
5.一种电池SOC估算装置，其特征在于，包括：
SOC初步估算单元，用于用安时积分法估算电池的SOC；
平台区判断单元，用于判断所述电池是否处于充放电的平台区；
dQ/dV曲线计算单元，用于在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；
平台区SOC修正单元，用于在所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，修正后的值为查表得到的与当前峰值对应的SOC。
6.根据权利要求5所述的电池SOC估算装置，其特征在于，所述平台区SOC修正单元，包括：
第一处理单元，用于根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，确定与当前峰值位置对应的SOC；
第二处理单元，用于在通过查表确定的与当前峰值位置对应的SOC与用安时积分法估算出的SOC之间的偏差超出上限时，修正安时积分法对SOC的估算结果。
7.根据权利要求5或6所述的电池SOC估算装置，其特征在于，还包括：连接所述dQ/dV曲线计算单元与所述平台区SOC修正单元的滤波单元，用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波。
8.根据权利要求5或6所述的电池SOC估算装置，其特征在于，还包括：与所述平台区判断单元相连的初末期SOC修正单元，用于在判断得到所述电池处于充放电初期或末期时，根据预先制作的电池端电压与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果。
9.一种电池管理系统，其特征在于，包括监测回路和与所述监测回路相连的电池组控制单元，其中：
所述监测回路，用于采集所述电池组控制单元工作过程中要用到的各种参数；
所述电池组控制单元，用于用安时积分法估算电池的SOC；判断所述电池是否处于充放电的平台区；在判断得到所述电池处于充放电平台区时，计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线；以及当所述dQ/dV曲线达到峰值时，根据预先制作的dQ/dV曲线峰值位置与SOC的对应关系表，通过查表修正安时积分法对SOC的估算结果，修正后的值为查表得到的与当前峰值对应的SOC。
10.根据权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池组控制单元为在计算所述电池充放电过程中的dQ/dV曲线后，还用于对所述dQ/dV曲线进行平滑滤波的单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200326 Address after: 230088 Mingchuan Road 788, Baiyan Science Park, Hefei High-tech Zone, Anhui Province Patentee after: Sunshine Samsung (Hefei) Energy Storage Power Supply Co., Ltd. Address before: 230088 Anhui city of Hefei province high tech Zone Xiyou Road No. 1699 Patentee before: SUNGROW POWER SUPPLY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 230088 Mingchuan Road 788, Baiyan Science Park, Hefei High-tech Zone, Anhui Province Patentee after: Sunshine Energy Storage Technology Co.,Ltd. Address before: 230088 Mingchuan Road 788, Baiyan Science Park, Hefei High-tech Zone, Anhui Province Patentee before: Sunshine Samsung (Hefei) Energy Storage Power Supply Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |