CN104914380A - 辨识soc的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池的仿真技术领域，公开了一种辨识SOC的方法与系统。本发明中，辨识荷电状态(SOC)的方法，包含以下步骤：在仿真机中建立电池模拟器，并在电池模拟器中内置电池管理模拟系统；电池管理模拟系统获取电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC；电池模拟器将第一SOC与来自电池管理系统的第二SOC进行对比，并根据对比结果对所述第二SOC进行修正。与现有技术相比，可以减小辨识荷电状态时的误差，提高对荷电状态的辨识精度。

Description

辨识SOC的方法与系统

技术领域

本发明涉及电池的仿真技术领域，特别涉及一种辨识荷电状态(SOC)的方法与系统。

背景技术

电池管理系统(BMS)对电池的特性参数SOC(荷电状态)的辨识一直难以达到一定的精度。其中，荷电状态的辨识方法主要有如下两种：

1.电流积分方法。由于在对电池的电流进行采样的过程中存在一定的误差，在对电流进行积分时，长时间的累加会将误差慢慢放大，如图1、图2所示，从而导致对SOC的辨识的偏差。

2.开路电压估计方法。将电池静置较长时间，电池会产生一个静置电压，根据这个电压来辨识当前的SOC。但是，由于静置电压在SOC很长的范围内变化较小，趋于一个值，如图3所示，因此，根据静置电压辨识SOC也会造成较大的误差。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种辨识SOC的方法与系统，可以减小辨识荷电状态时的误差，提高对荷电状态的辨识精度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种辨识荷电状态(SOC)的方法，包含以下步骤：

在仿真机中建立电池模拟器，并在所述电池模拟器中内置电池管理模拟系统；

所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC；

所述电池模拟器将所述第一SOC与来自电池管理系统的第二SOC进行对比，并根据对比结果对所述第二SOC进行修正。

本发明的实施方式还提供了一种辨识荷电状态(SOC)的系统，包含：仿真机与电池管理系统；

所述仿真机与所述电池管理系统通信连接和模拟量采集连接；

其中，所述仿真机中包含电池模拟器，所述电池模拟器中内置电池管理模拟系统；

所述电池管理模拟系统，用于获取所述电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC；

所述电池管理系统，用于辨识第二SOC并输出至所述电池模拟器；

所述电池模拟器，用于将所述第一SOC与所述第二SOC进行对比，并根据对比结果对所述第二SOC进行修正。

本发明实施方式相对于现有技术而言，是在仿真机中建立电池模拟器，并在电池模拟器中内置电池管理模拟系统，在仿真机运行电池模拟器时，由电池管理模拟系统直接在电池模拟器内部获取数据，而非对电池实体进行数据采样，避免了采样误差的存在，根据获取的数据进行计算，可以得到准确的第一SOC；将仿真计算得到的第一SOC与电池管理系统对电池实体辨识的第二SOC进行比较，并根据比较结果对第二SOC进行修正，可以减少第二SOC的误差。所以，本发明的实施方式可以减小辨识荷电状态时的误差，提高对荷电状态的辨识精度。

另外，在仿真机中建立电池模拟器的步骤中，包含以下子步骤：根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数，并根据估计的电池参数建立至少二阶电阻电容(RC)的电池仿真模型；根据所述电池仿真模型，建立所述电池模拟器。建立至少二阶的RC电池仿真模型，可以使电池模拟器模拟的结果更精确，仿真计算出精确的第一SOC，对电池实体辨识的第二SOC进行精确修正，减小辨识荷电状态时的误差，提高对荷电状态的辨识精度。

附图说明

图1是根据现有技术中的电流与时间的关系示意图；

图2是根据现有技术中的SOC偏差与时间的关系示意图；

图3是根据现有技术中的SOC与开路电压的关系示意图；

图4是本发明第一实施方式中的辨识SOC的方法流程图；

图5是本发明第二实施方式中的辨识SOC的方法流程图；

图6是本发明第三实施方式中的辨识SOC的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种辨识SOC的方法，具体流程如图4所示，包含以下步骤：

步骤401，根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数，并根据估计的参数建立二阶RC的电池仿真模型。在本步骤中，仿真机根据满荷电状态下电池脉冲放电的电压、电流数据，使用最小二乘法，估计出电池电动势(Em)、电池内阻(R0)、二阶RC的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)与第二电容(C2)等电池参数，并根据估计的参数建立二阶RC的电池仿真模型。

步骤402，根据电池仿真模型，建立电池模拟器。其中，电池模拟器可以模拟电池运行。采用二阶RC电池仿真模型，仿真机建立电池模拟器的计算量较少，而且建立的电池模拟器的模拟结果也较为精确。

步骤403，在电池模拟器中内置电池管理模拟系统。本实施方式中，这个电池管理模拟系统与真实的电池管理系统具有对电池相同的电流积分计算策略。

步骤404，电池管理模拟系统获取电池模拟器的电流，并通过对获取的电流进行积分辨识出第一SOC。在本实施方式中，由于电池管理模拟系统内置于电池模拟器中，所以，可以直接从内部获取电池模拟器的电流，这样，避免了采集电池的电流过程中的采样误差，可以获取准确的电池电流。通过对获取的电流进行积分辨识仿真电池的第一SOC也比较精确。

步骤405，电池管理系统将辨识的第二SOC输出至电池模拟器。本步骤中，电池管理系统采样电池实体的电流，并通过对采样电流进行积分，辨识出真实电池的第二SOC。由于对电流进行采样的过程中存在采样误差，所以，本步骤中，辨识出的第二SOC与电池真实的SOC存在一定的误差。

在本步骤中，电池管理系统通过CAN(控制器局域网络)总线将辨识的第二SOC输出至电池模拟器。特别是在汽车领域，广泛使用CAN线进行通信，为了方便真实的电池管理系统(BMS)与电池模拟器对接，电池管理系统将辨识出的第二SOC通过CAN总线传递给电池模拟器。

步骤406，电池模拟器将第一SOC与第二SOC进行对比，并根据对比数据计算出电流积分误差修正系数(α)。

步骤407，利用误差修正系数，对用于辨识第二SOC的电流进行标定。

步骤408，通过对标定后的电流进行积分，对第二SOC进行修正。在本步骤中，通过如下公式，重新计算第二SOC：

${\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(t\right)={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(V_{\mathrm{oc}}\left(0\right)\right)+\frac{1}{C_{\mathrm{batt}}}{\∫}_0^t\mathrm{\α}{I}_{\mathrm{batt}}\mathrm{dt}$

其中，ζ_batt为表征第二SOC的值，t为时间，V_oc(0)表示电池静止的开路电压，C_batt为电池的能量容量，I_batt为电池管理系统的采样电流，α为误差修正系数，αI_batt即为标定后的电流。

这样，仿真机通过模拟仿真计算出较为精确的第一SOC，电池模拟器将第一SOC与来自电池管理系统的第二SOC进行对比，并根据对比结果对第二SOC进行修正，得到修正后的第二SOC，该修正后的SOC与真实的SOC之间的误差得以减小，精确度得以提高。

与现有技术相比，是在仿真机中建立电池模拟器，并在电池模拟器中内置电池管理模拟系统，在仿真机运行电池模拟器时，由电池管理模拟系统直接在电池模拟器内部获取数据，而非对电池实体进行数据采样，避免了采样误差的存在，根据获取的数据进行计算，可以得到较为准确的第一SOC；将仿真计算得到的第一SOC与电池管理系统对电池实体辨识的第二SOC进行比较，并根据比较结果对第二SOC进行修正，可以减少第二SOC的误差。所以，本发明可以减小辨识荷电状态时的误差，提高对荷电状态的辨识精度。

本发明的第二实施方式涉及一种辨识SOC的方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，建立的是二阶电池仿真模型，使得对第二SOC进行了较为精确的修正。而在本发明第二实施方式中，建立的是三阶电池仿真模型，使得对第二SOC进行了更为精确的修正。

具体第说，本实施方式中的辨识SOC的方法，具体如图5所示，包含以下步骤：

步骤501，根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数，并根据估计的参数建立三阶RC的电池仿真模型。在本步骤中，仿真机根据满荷电状态下电池脉冲放电的电压、电流数据，使用最小二乘法，估计出电池电动势(Em)、电池内阻(R0)、二阶RC的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)与第三电容(C3)等电池参数，并根据估计的参数建立三阶RC的电池仿真模型。

步骤502，根据电池仿真模型，建立电池模拟器。由于建立三阶RC电池仿真模型采用的参数更多，根据三阶RC的电池仿真模型建立的电池模拟器更接近真实的电池，模拟结果更为精确，从而，可以对真实电池的SOC进行更为精确的修正。

步骤503，在电池模拟器中内置电池管理模拟系统。本步骤与第一实施方式中的步骤403相似，在此不再赘述。

步骤504，电池管理模拟系统获取电池模拟器的开路电压，并根据获取的开路电压辨识出第一SOC。具体地说，开路电压与SOC具有固定的函数关系，通过所述函数关系便可获知第一SOC。其中，开路电压与SOC的函数关系具体如下式所示

SOC＝f(Voc)

其中，Voc为电池停止工作静止一段时间后的开路电压，f表示开路电压到SOC的映射关系。

在本实施方式中，一方面，由于电池管理模拟系统内置于电池模拟器中，可以直接从内部获取电池模拟器的开路电压，这样，避免了采集电池的开路电压过程中的采样误差，可以获取准确的开路电压；另一方面，由于三阶电池仿真模型模拟结果更接近真实的电池数据，所以电池管理模拟系统获取的开路电压更接近真实的开路电压。这样，通过获取的开路电压辨识仿真电池的第一SOC也更精确。

步骤505，电池管理系统将辨识的第二SOC输出至电池模拟器。本步骤与第一实施方式中的步骤405相似，在此不再赘述。

步骤506，电池模拟器将第一SOC与第二SOC进行对比，并根据对比数据计算出开路电压的误差修正系数(β)。

步骤507，利用误差修正系数，对用于辨识第二SOC的开路电压进行标定。

步骤508，根据标定后的开路电压，对第二SOC进行修正。在本步骤中，通过如下公式，重新计算第二SOC：

SOC＝βf(Voc)

这样，通过对开路电压进行标定，可以对第二SOC进行修正。

在本实施方式中，通过采用三阶的电池仿真模型，可以对电池的SOC进行更为精确的修正，进一步提高对荷电状态的辨识精度。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种辨识SOC的系统，如图6所示，包含：仿真机与电池管理系统；仿真机与电池管理系统通过CAN总线(601)通信连接和模拟量采集(602)连接。

其中，仿真机中包含参数估计模块、模型建立模块与电池模拟器，电池模拟器中内置电池管理模拟系统。参数估计模块用于根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数；模型建立模块用于根据估计出的电池参数，建立至少二阶电阻电容(RC)的电池仿真模型，并根据电池仿真模型建立电池模拟器。在本实施方式中，参数估计模块估计出的电池参数包含电池电动势(Em)、电池内阻(R0)、二阶RC的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)与第二电容(C2)；模型建立模块根据估计的参数建立二阶RC的电池仿真模型。

电池管理模拟系统，用于获取电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC。具体地说，在本实施方式中，电池管理模拟系统包含获取模块与辨识模块；获取模块用于获取电池模拟器的电流；辨识模块用于通过对获取的电流进行积分辨识出第一SOC。

电池管理系统，用于辨识第二SOC并输出至电池模拟器。其中，电池管理系统通过模拟量采集电池模拟器模拟的电池的电压或电流量。具体地说，在本实施方式中，电池管理系统通过模拟量采集电池模拟器模拟的电池的电流量，并通过电流积分辨识出第二SOC。

电池模拟器，用于将第一SOC与第二SOC进行对比，并根据对比结果对第二SOC进行修正。具体地说，电池模拟器包含对比模块、标定模块与修正模块；对比模块用于将第一SOC与第二SOC进行对比，并根据对比数据计算出电流积分误差修正系数；标定模块用于利用误差修正系数，对用于辨识第二SOC的电流进行标定；修正模块用于通过对标定后的电流进行积分，对第二SOC进行修正。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种辨识SOC的系统。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第三实施方式中，参数估计模块估计出的电池参数包含电池电动势(Em)、电池内阻(R0)、二阶RC的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)与第二电容(C2)；模型建立模块建立的是二阶电池仿真模型，使得对第二SOC进行了较为精确的修正。而在本发明第四实施方式中，参数估计模块估计出的电池参数包含电池电动势(Em)、电池内阻(R0)、三阶RC的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)与第三电容(C3)；模型建立模块建立的是三阶电池仿真模型，使得对第二SOC进行了更为精确的修正。

而且，在本实施方式中，电池管理系统通过模拟量采集电池模拟器模拟的电池的电压量，并通过采集的电压辨识出第二SOC。具体地说，获取模块用于获取电池模拟器的开路电压；辨识模块用于通过对获取的开路电压进行积分辨识出第一SOC；对比模块用于将第一SOC与第二SOC进行对比，并根据对比数据计算出开路电压的误差修正系数；标定模块用于利用误差修正系数，对用于辨识第二SOC的开路电压进行标定；修正模块用于通过对标定后的开路电压，对第二SOC进行修正。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种辨识荷电状态SOC的方法，其特征在于，包含以下步骤：

在仿真机中建立电池模拟器，并在所述电池模拟器中内置电池管理模拟系统；

所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC；

所述电池模拟器将所述第一SOC与来自电池管理系统的第二SOC进行对比，并根据对比结果对所述第二SOC进行修正。

2.根据权利要求1所述的辨识荷电状态SOC的方法，其特征在于，在仿真机中建立电池模拟器的步骤中，包含以下子步骤：

根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数，并根据估计的电池参数建立至少二阶电阻电容RC的电池仿真模型；

根据所述电池仿真模型，建立所述电池模拟器。

3.根据权利要求2所述的辨识SOC的方法，其特征在于，所述电池参数包含：电池电动势、电池内阻、二阶RC的第一电阻、第二电阻、第一电容与第二电容；

在根据估计的电池参数建立至少二阶电阻电容的电池仿真模型的步骤中，

建立二阶RC的电池仿真模型；或者

所述电池参数包含：电池电动势、电池内阻、三阶RC的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容与第三电容；

在根据估计的电池参数建立至少二阶电阻电容的电池仿真模型的步骤中，

建立三阶RC的电池仿真模型。

4.根据权利要求1所述的辨识SOC的方法，其特征在于，在所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的数据的步骤中，

所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的电流；

在根据获取的数据辨识出第一SOC的步骤中，

通过对获取的电流进行积分辨识出第一SOC；

在根据对比结果对所述第二SOC进行修正的步骤中，包含以下子步骤：

根据对比数据计算出电流积分误差修正系数；

利用所述误差修正系数，对用于辨识第二SOC的电流进行标定；

通过对标定后的电流进行积分，对所述第二SOC进行修正。

5.根据权利要求4所述的辨识SOC的方法，其特征在于，在所述通过对标定后的电流进行积分，对所述第二SOC进行修正的步骤中，通过如下公式，重新计算所述第二SOC：

${\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(t\right)={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{batt}}\left(V_{\mathrm{oc}}\left(0\right)\right)+\frac{1}{C_{\mathrm{batt}}}{\∫}_0^t\mathrm{\α}{I}_{\mathrm{batt}}\mathrm{dt}$

其中，ζ_batt为表征第二SOC的值，t为时间，V_oc(0)表示静止的开路电压，C_batt为电池的能量容量，I_batt为电池管理系统的采样电流，α为误差修正系数。

6.根据权利要求1所述的辨识SOC的方法，其特征在于，在所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的数据的步骤中，

所述电池管理模拟系统获取所述电池模拟器的开路电压；

在根据获取的数据辨识出第一SOC的步骤中，

通过获取的开路电压辨识出第一SOC；

在根据对比结果对所述第二SOC进行修正的步骤中，包含以下子步骤：

根据对比数据计算出开路电压的误差修正系数；

利用所述误差修正系数，对用于辨识第二SOC的开路电压进行标定；

根据标定后的开路电压，对所述第二SOC进行修正。

7.根据权利要求1所述的辨识SOC的方法，其特征在于，在电池管理系统将辨识的第二SOC输出至所述电池模拟器的步骤中，

所述电池管理系统通过控制器局域网络CAN总线将辨识的第二SOC输出至所述电池模拟器。

8.一种辨识荷电状态SOC的系统，其特征在于，包含：仿真机与电池管理系统；

所述仿真机与所述电池管理系统通信连接和模拟量采集连接；

其中，所述仿真机中包含电池模拟器，所述电池模拟器中内置电池管理模拟系统；

所述电池管理模拟系统，用于获取所述电池模拟器的数据，并根据获取的数据辨识出第一SOC；

所述电池管理系统，用于辨识第二SOC并输出至所述电池模拟器；

所述电池模拟器，用于将所述第一SOC与所述第二SOC进行对比，并根据对比结果对所述第二SOC进行修正。

9.根据权利要求8所述的辨识SOC的系统，其特征在于，所述仿真机还包含参数估计模块与模型建立模块；

所述参数估计模块，用于根据满荷电状态下脉冲放电的电压、电流数据，估计电池参数；

所述模型建立模块，用于根据估计出的电池参数，建立至少二阶电阻电容RC的电池仿真模型，并根据所述电池仿真模型建立所述电池模拟器。

10.根据权利要求8所述的辨识SOC的系统，其特征在于，所述电池管理模拟系统包含获取模块与辨识模块；所述电池模拟器包含对比模块、标定模块与修正模块；

所述获取模块，用于获取所述电池模拟器的电流；

所述辨识模块，用于通过对获取的电流进行积分辨识出第一SOC；

所述对比模块，用于将所述第一SOC与所述第二SOC进行对比，并根据对比数据计算出电流积分误差修正系数；

所述标定模块，用于利用所述误差修正系数，对用于辨识第二SOC的电流进行标定；

所述修正模块，用于通过对标定后的电流进行积分，对所述第二SOC进行修正。