CN104977537B - 电池soc的确定方法及使用该方法的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池SOC的确定方法，以及使用该方法的电池管理系统，所述的电池SOC的确定方法包括：测量电池的开路电压（OCV）；将测量到的电池的开路电压与OCV‑SOC曲线进行比较从而确定电池的SOC状态；所述的OCV‑SOC曲线中的SOC值为基于热力学状态量的SOC。

Description

电池SOC的确定方法及使用该方法的电池管理系统

技术领域

本发明涉及一种电池SOC的确定方法，以及使用该方法的电池管理系统。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭和环境问题的日趋严峻，寻求新能源，减少碳排放成为了世界的主流趋势。电动汽车就是其中一个主要的发展方向，目前的电动汽车，主要可以分为HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力车）、PHEV(Plug-in Hybrid ElectricVehicle：插电式混合动力车)、EV(Electric Vehicle：纯电动车)这几类，通过部分或者完全使用电能来驱动车辆，可以提高能效，减少车辆行驶过程中的碳排放量。

对于任意类型的电动汽车，其内部都需要设置多个电池（或称电池包）作为储存电能的装置，而如何管理这些电池的充电和放电以及对这些电池进行监控就成为了电动汽车设计中的一个重要问题。尤其是，目前的电动汽车所用的电池多数选用锂离子电池（Lithium ion battery),锂离子电池在过充、过放的情况下容易出现安全问题甚至可能起火燃烧。因此，如何对于电池，特别是锂离子电池在使用中的状态进行准确的监控就成了设计电动汽车用电池包时一个至关重要的问题。

在现有技术中，一般是采用BMS(Battery Management System：电池管理系统）通过传感器件来对锂离子电池的SOC(State of Charge：荷电态）进行监控。SOC，是一个定义出来用于衡量电池荷电量的参数。定义该参数的目的是希望可以通过这个参数来得知电池中还有多少电荷可以被使用。因为不同于车辆的油箱，对于电池而言，无法通过简单观察得知其内部还有多少电荷可以被使用。例如，一个标称容量为3Ah（Ah是电池行业对于电荷量的一种通用单位，如果转化为电荷的国际标准单位，则1Ah=3600库仑）的电池，如果说它的SOC为30％，一般的字面上的意思就是指它的内部还有3Ah×30％=0.9Ah的电荷可以被使用。

现有技术中，确定SOC的办法一般是基于通过测量电池的OCV（Open CircuitVoltage：开路电压）而间接得到的，这种方法核心的依据在于：将SOC看作是OCV的函数，即：电池在充放电过程中会有不同的OCV,不同的OCV对应于不同的SOC。例如，对于最普通的手机上使用的LCO电池（Lithium Cobalt Oxide：钴酸锂电池）而言，在充放电过程中，假设其充电电压如果达到4.2V，就认为其已经被“充满”，也就是说SOC达到了100％的状态，而如果其放电电压跌落至2.8V，就认为其已经完全放电，也就是说SOC为0。在现有技术中， 一般是通过如下具体方式来测量电池的OCV-SOC标准曲线：对于某一款电池而言，在某一温度下，以5％SOC为步长，测量电池的OCV,对充电过程和放电过程分别进行OCV测量。

上述的OCV-SOC法具体是这样测量的（例如在10℃条件下）:首先在标准条件下(例如25℃,0.33C，对于不同的电池体系，“标准条件”也有所不同)测量出该电池的标准容量,例如是1Ah；然后将1Ah进行20等分,即0.05Ah(该值即是5%SOC的确定标准,因为得到标准容量1Ah后即认为标准容量是100%的SOC),然后,在电池的充电过程中,通过对充入电池的电量的追踪积分,来确定电池到达了哪一个5%的步长点。例如如果电池从容量为0开始充入了0.05Ah的电量,即认为电池达到了5%的SOC点；在此点进行静置(约3～4个小时)后得到该点所对应的OCV点(即5%SOC充电过程所对应的OCV点)；而如果继续从该5%SOC点出发,继续充入了0.05Ah的电量,则认为到达了10%的SOC点,继续在此点进行静置(约3～4个小时)后得到该点所对应的OCV点(即10%SOC充电过程所对应的OCV点),依次类推继续得到15%,20%,25%...100%的各个点。

上面描述了10℃充电过程的OCV-SOC具体测量过程,对于10℃下的放电过程也是采用同样的方式进行。

对于其他温度下的OCV-SOC充放电曲线,采用与上述所类似的方法进行。

可以看出:在传统的充放电过程的OCV-SOC的具体测量过程中,实际上是依据对于充电或放电过程中的电量的追踪积分来确定出每一个SOC点(5%,10%,15%....100%)；并且认为上述的每一个SOC点实际上代表了电池的“真正的”荷电状态。

而目前的技术对于用于电动汽车的电池的SOC测量则是这样进行的：首先，在出车前，由BMS系统测量电池的OCV,得出一个值，再利用上述所测得的OCV-SOC曲线得到一个SOC值，例如是0.95，则认为初始的电池荷电量（例如记为A）是额定容量×0.95；而在行车过程中，由BMS记录电池的放电量累积，该放电量累积可以在数学上表示为∫I（t）·dt；其中I（t）为电池放电电流随时间的变化，dt为时间的微分。上述积分即表示BMS记录的电池放出了多少电荷，如果需要计算某一时刻（例如T1）的SOC，则首先计算出电池从开始时刻（即出车时）至T1时刻放出了多少电荷，例如记为B，则A-B就是T1时刻的电池的荷电量，也既是电池的SOC值，需要指出，该SOC值既可以以Ah作为单位来表示，即上述的A-B；也可以用百分比来表示，即(A-B)/电池的额定容量。

上述的现有技术中的这套SOC测量体系在实际使用中存在很多技术缺陷，并且由于这些技术缺陷将导致在实际使用中电池的SOC不能被精确监控，申请人在下面部分将详细描述这些技术缺陷：

技术缺陷一

上述现有技术中所得到的SOC不能“真正地”代表电池的荷电状态，而该问题具体的表现在于：

首先，在同一温度下的充电和放电OCV-SOC曲线并不重合，也就是说，对于上述的10℃下的OCV-SOC曲线,其充电过程中的5%SOC所对应的电压值并不等于其放电过程中的5%SOC所对应的电压值,充电过程中的10%SOC所对应的电压值并不等于其放电过程中的10%SOC所对应的电压值...充电过程中的100%SOC所对应的电压值并不等于其放电过程中的100%SOC所对应的电压值。

其次,对于不同的温度下的OCV-SOC曲线之间也并不重合,也就是说:10℃下的充电OCV-SOC曲线中的5%SOC所对应的电压值并不等于15℃下的充电OCV-SOC曲线中的5%SOC所对应的电压值；15℃下的放电OCV-SOC曲线中的25%SOC所对应的电压值并不等于20℃下的放电OCV-SOC曲线中的25%SOC所对应的电压值...30℃下的放电OCV-SOC曲线中的50%SOC所对应的电压值并不等于20℃下的放电OCV-SOC曲线中的50%SOC所对应的电压值。

上述偏差的根本物理原因在于：传统测量OCV-SOC曲线的技术手段中,其得到的每一个SOC点(5%,10%,15%....100%)并不能实际上代表电池的“真正的”荷电状态，也就是说，在传统的体系中得到了一个SOC点，例如15%，在技术人员基于传统的技术的观点看来，这个时候电池内所剩余的电量就是额定电量×15%。但是实际上并不是如此，因为上述的15%这个值是依据对于充电或放电的电量的追踪所得到的，而电池实际上还剩余多少电量是由电池内部具体还有多少可以用来进行电化学氧化-还原反应的活性物质所决定的，上述基于电量所确定的SOC点并不能真正代表电池内部实际还有多少可以用来进行电化学氧化-还原反应的活性物质的比例。所以才会导致充电和放电的OCV-SOC曲线不能重合，以及不同温度下的OCV-SOC曲线也不能重合。因此传统技术中所测得的OCV-SOC线中的SOC实质上是一种“赝SOC”，其并不能“真正地”表示出电池内部的荷电状态。

技术缺陷二

在另一方面，在现有的技术中，对于OCV-SOC曲线中的SOC值的取值范围默认为是0％～100％，即，传统技术中认为电池可以从“电量完全为零的态”经过充电到达“电量达到充满的态”；或者相反，可以从“电量达到充满的态”经过放电达到“电量完全为零”的态。而事实并非如此，因为对于电池来说，其额定容量一般是指在标准条件（例如25℃，0.33C下所测得的容量),但是当温度不同于标准温度时，由于电池内活性物质的反应活性是随着温度的变化而变化的，当温度高于标准温度时的活性物质的反应活性一般高于在标准温度时的活性物质的反应活性，因此实际测得的电池的容量往往会高于电池的额定容量；而当温度低于额定温度时则相反，实际测得的电池的容量往往会低于电池的额定容量。而另一方面，如果电池并不在标准条件的倍率下进行充放电，其容量一般也不同于在标准容量下的所测得的容量；因此，上述的温度以及倍率在实际中都会影响到电池的充放电容量，使得电池实际上无法实现0％～100%的充电或放电。

技术缺陷三

如上所述，已经列举出了现有技术的两方面主要缺陷，但是，现有技术还存在着第三方面重大缺陷，即建立在上述技术缺陷一和二上的BMS在行驶过程中对于电池的可用电量的预测是不准确的。前面已经说过,BMS对于电池SOC进行监测的根本目的是判断出电池还有多少可用电量。而传统的技术中，采用如在[010]段的技术方法得到T1时刻的SOC值（例如是0.3)，然后，BMS基于电池充放电是从0％～100％的认识，则会进一步得出目前电池的可用电量是额定电量×(0.3-0%)。而事实上，基于技术缺陷二部分的描述，可以清楚地认识到，实际上，在当前的使用条件下，电池并不一定可以放电至0％。也就是说，上述BMS所判定出的电池的可用电量的计算方法是不准确的，而这种不准确性来自上述的技术缺陷一和二，首先，所得到的电池的SOC并不能准确的可以反映出电池内部的荷电状态，其次，又进行了错误的假设（即默认为电池的SOC取值范围是0％～100％），而在这两方面技术缺陷的基础上，BMS所最终得到的电池的可用电量预测是误差相当大的，并且上述误差随着电池的循环过程误差逐渐增加，以至于最终BMS无法对于电池的电量作出任何有意义的预测。

因此，迫切需要一种新型的电池SOC的测量方法，其可以克服上述缺点，提供一种便捷、准确的电池SOC测量方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种电池管理系统，包括：用于测量电池的开路电压（OCV）的电压感测装置；用于存储电池的OCV-SOC曲线的存储装置；用于输出电池的SOC状态的输出装置；以及微控制器，微控制器分别与所述电压感测装置、存储装置以及输出装置相电连接，微控制器接收电压感测装置所测量到的电池开路电压，并将所述测量到的开路电压与存储装置中的OCV-SOC曲线进行比较从而确定电池的SOC状态。

作为优选，所述的OCV-SOC曲线为基于热力学状态量的OCV-SOC曲线。

作为优选，所述的基于热力学状态量的OCV-SOC曲线可由如下方式进行测量：在常温下，选择0.01C～0.5C中任一点的倍率值，对电池进行充电或放电曲线的测量。

作为优选，将所述充电和放电曲线进行平均。

作为优选，还包括电流感测装置，所述的电流感测装置用于测量电池的充放电电流。

作为优选，所述的微控制器可以基于电池的SOC状态计算电池的实际可用容量。

根据本发明的另一方面，提供一种电池SOC的确定方法，包括：测量电池的开路电压（OCV）；将测量到的电池的开路电压与OCV-SOC曲线进行比较从而确定电池的SOC状态，所述的OCV-SOC曲线中的SOC值为基于热力学状态量的SOC。

作为优选，所述的基于热力学状态量的OCV-SOC曲线可由如下方式进行测量：在常温下，选择0.01C～0.5C中任一点的倍率值，对电池进行充电或放电曲线的测量。

作为优选，将所述的充放电曲线进行平均。

根据本发明的另一方面，提供一种电池SOC实时跟踪方法，测量电池的起始的基于热力学状态量的SOC值；记录电池在该时刻已用去的标准容量的比例；使用上述的标准容量的比例去除以容量系数以得到已经用去的基于热力学状态量的SOC；

其中，容量系数按下式定义为：

将起始的基于热力学状态量的SOC值减去已经用去的基于热力学状态量的SOC以得到该时刻的基于热力学状态量的SOC。

根据本发明的另一方面，提供一种电池剩余可用电量的实时计算方法，包括：测量电池的起始的基于热力学状态量的SOC值；记录电池在该时刻已用去的标准容量的比例；使用上述的标准容量的比例去除以容量系数以得到已经用去的基于热力学状态量的SOC；

其中，容量系数按下式定义为：

将起始的基于热力学状态量的SOC值减去已经用去的基于热力学状态量的SOC以得到该时刻的基于热力学状态量的SOC；

依据电池在该时刻的工作状态从终点数组体系中获得对应的电池放电终点所对应的基于 热力学状态量的SOC；

将得到的该时刻的基于热力学状态量的SOC减去所述的电池放电终点所对应的基于热力学状态量的SOC后乘以容量系数以及标准容量以得到该时刻的电池可用电量。

作为优选，还包括:在不同温度下对容量系数进行修正，所述修正按照下式进行：

其中，A,B,C为拟合系数，t为温度。

通过本发明的技术认识到附加特征和优势，本发明的其他实施例和方面在本文中详细描述并看作要求权利的本发明的一部分；参照具体实施方式和附图说明，将更好地理解本发明的优势和特征。

附图说明

图1是依据本发明实施例所测得的基于状态量的OCV-SOC曲线与不同温度（分别为-30℃、-20℃、-10℃、0℃、15℃、25℃和35℃）下经过处理的基于过程量的OCV-SOC曲线的比较图；

图2是拟合的不同温度下的容量系数的图。

具体实施方式

以下结合附图将对本发明进行更加清楚的描述。

如上所述，现有技术存在三个方面缺陷，因此，本发明分别针对这三方面缺陷，进行改进。为了更加清楚起见，将分为三个方面来分别详细描述。

第一部分改进

如上所述，传统的SOC并不具有实际的物理含义，而仅仅是依据不同操作条件下的充放电曲线所反推出来的。因此本发明力图赋予SOC以真正的物理含义，从而解决传统的技术缺陷。

为此本发明引入了基于热力学状态量的SOC，其物理含义是：可用于放电反应的活性物质/电池处于满电态时可用于放电反应的活性物质。当电池处于满电态时，该比值为1，当电池处于放电完毕时，该比值为0。在任一时刻，只要知道了该基于热力学状态量的SOC，就可以立即知晓电池内目前还有多少比例的活性物质用于放电。并即刻可以推知电池内还有多少电荷可以被使用。即：该基于热力学状态量的SOC可以准确地反应出电池当前的状态， 而与电池是处于充电还是放电，以及温度等均没有关系，也就是说，对于每一个热力学状态量意义下的SOC，电池仅有一个确定的状态与之对应。

为了对上述基于热力学状态量的SOC进行测量，我们采用在极低的倍率下对锂离子电池进行充电和放电测量，在本实施例中，采用在35摄氏度下，0.05C的条件分别进行充电和放电曲线的测量，本领域一般技术人员将理解，上述的35摄氏度，0.05C并不构成对本发明的任何限制，事实上，完全可以采用25摄氏度，0.01C，或者30摄氏度，0.03C等测试条件。另一方面，上述的锂离子电池也并不构成对本发明的限制，而完全可以采用其他类型的电化学电池，例如铅酸电池，钠－硫电池，银锌电池等。将充放电倍率选择为“极低”是为了将此充电和放电过程近似为热力学意义上的“准静态过程”，即认为电池在上述的充电和放电过程中的每一个点，都是经过了充分的反应和静置，因此上述曲线上的每一个点，其Y轴值代表着不同的OCV(即开路电压），而X轴值，就是所需要的基于热力学状态量的SOC，也即在该OCV下，（电池内实际还有多少可以用于反应的活性物质）/（电池处于满电态时可用于放电反应的活性物质）。上述的充电或放电曲线即是本发明所描述的基于热力学状态量的OCV-SOC曲线。

而为了获得更加精确可靠的基于热力学状态量的OCV-SOC标准曲线，可以将上述的充电放电曲线进行平均，以消除欧姆内阻的影响，从而得到图1中所示意的连续的标准曲线。

下面对将对所获得的标准曲线进行验证，选择的比较对象是传统技术中的OCV-SOC体系，选取了和测量图1曲线时同样的电池，在不同的充、放电温度下(25℃、....)，SOC为0、5、10、15...100%时分别对应的开路电压值测量出N套SOC-OCV数组。

接下来要做的即是看这N套数组是否与我们图1中所测得的基于热力学状态量的OCV-SOC标准曲线相符合。如前所述，传统体系中的SOC并没有明确的物理含义，也即是上述基于传统手段所测出的OCV-SOC曲线中的SOC值并不真正代表（电池内还有多少可以用于反应的活性物质）/（电池处于满电态时可用于放电反应的活性物质）。因此需要上述N套数组进行转换后才能与图1的基于热力学状态量的OCV-SOC曲线进行比较。

具体的转换过程是：以25℃时测得的放电数组为例，首先选取两个端点，即0％和100％SOC时所分别对应的开路电压值（2.0681V和2.7700V）。在所得到的基于热力学量的OCV-SOC曲线上找到2.0681V和2.7700V所分别对应的基于热力学量的SOC值，分别是：3.51％和99.23％；然后再在从3.51％到99.23％的范围内均匀地将25℃时测得的放电数组中的SOC值均匀地插入，并进而依据插入的SOC值进和25℃时测得的放电数组中的OCV值；进行散点作图。并按照上述步骤将所有温度下的放电数组进行处理并作图。

图1中整体给出按照上述步骤处理后的比较图，图中不同形状的散点代表着在不同温度下测出的传统的OCV-SOC点，可以看出，所有的点基本上都落在了图1的标准曲线上，充电和放电之间并没有明显的差别，除了极低温（-30℃)有几个点的偏差略远一点，其他区域都符合的很好。因此，通过上述对比，可以看出，所得到的基于热力学状态量的OCV-SOC曲线是可靠和准确的。

进一步地，利用上述的基于热力学量的OCV-SOC体系，可以在进一步地提高测量精度。具体在于：车用BMS之所以要监测电池的SOC，其根本目的是为了判断电池还有多少可用电量，也就是说还有多少容量，在传统的SOC概念中，标准容量×SOC代表的就是还有多少可用电量。而通过上面的分析和介绍，可以看出，传统的方法有两方面主要缺点：（1）上面所介绍的传统的SOC并无实际物理含义，其并不能准确地代表该时刻电池内还有多少比例的可用于反应的活性物质（这部分通过上面的描述已经详细地进行了介绍）；（2）在传统的SOC概念中，默认为任何温度下充放电的区间都是0％～100％SOC；但是实际上，这是不可能实现的，因为电池的所谓“标准容量”是在标准放电条件下（标准温度，标准倍率）下所测得的电池放电的量，在实际操作中，不可能和标准放电条件完全一致，因此，电池在实际操作中所能放出的电量并不等于标准容量。

第二部分改进

基于热力学状态量的SOC体系的引入解决了传统的技术缺陷一，但是仍然有技术缺陷二待解决，为此本发明对于电池引入终点体系，即：对于电池而言，在每个温度下，每个倍率下都有一个充放电终点数组，该数组的终点数值表示充放电结束时的基于热力学量的SOC值，例如，对于某一电池而言，其在25℃，1C下的终点数组例如是[0.03,0.97]，其中的0.03和0.97则分别代表该电池在25℃，1C下的充放电终点所对应的热力学状态量SOC分别是0.03和0.97。

而上述的终点数组可以通过下述方法得到：例如在25℃，1C下，对电池进行充电至满电态，（这里的满电态一般是以充电达到充电截止电压来判断的，例如对于钴酸锂电池，如果充电电压至4.2V，则认为达到满电态；对于放电同理，例如达到2.7V），断开充电体系，静置电池3～4个小时，测量电池的开路电压OCV,这里静置电池的原因是为了使得电池内部的活性物质达到稳恒态，从而可以准确地反映出电池内的活性物质的量。对于充电过程，电池在静置3～4个小时后，测出的开路电压OCV一般要低于充电截止电压（例如上述的4.2V）。而对于放电过程，电池在静置后，测出的开路电压一般要高于放电截止电压（例如上述的2.7V)。依据测出的开路电压OCV的值，在上述得到的OCV-SOC标准曲线上得到相应的SOC值，即可得到充电的终点值；对于放电终点值采用与上述充电相同的方法得到。本领域一般技术人员可以理解，上述的静置3～4个小时仅是为示例列出，而并非限制性条件，在实际操作过程中，依据电池型号的不同，完全可以采用其他的静置时间，或者依据电压的变化率来确定静置已经完成，例如，当电池的电压变化率小于0.05V/min时，即可认为电池已经静置完成。

对于其他的温度或者倍率，例如10℃，2C；或者0℃，0.5C，可以采用与上述类似的方式得到相应的终点数组。在本发明中，仅以示例，可以对温度在－20℃至50℃的区间范围内取5℃的步长，对于倍率在0.1C至5C的范围内取0.5C的步长，遍历取值。这样共可以获得14×10＝140组的电池放电条件，对于其中任意一组电池的放电条件采用上述办法获得相应的终点数组。应当注意到，上述的140组值并不是限制性条件，完全可以将温度或倍率的取值范围以及步长做相应调整。

这样，对于电池而言，不仅得到了基于热力学量的SOC值，也得到了电池在每个温度，每个倍率下所对应的充放电终点值，该充放电终点值实际上就是基于热力学量的SOC值，更准确地说，即是电池在某一特定条件下，其充电达到终点时的热力学SOC和放电达到终点时的热力学SOC，上述两个值并不一定分别是100％和0％，而是随着具体的电池使用环境各不相同。

第三部分改进

在对传统技术进行了上述两个方面的改进后，进一步思考如何在上述两方面的改进的基础上进行第三部分改进，从而可以得到准确的电池可用电量值。

如在[016]段所描述，电池在某一具体的使用条件（温度，倍率）下所能放出的电荷的量并不一定等于电池的标准（额定）容量。

为此我们引入容量使用率的概念，并定义：

而为了将上述的“容量使用率”和上述的“基于热力学量的SOC”以及终点数组相关联，继续定义：

基于基于热力学状态量的SOC区间＝电池在某一具体条件下所能达到的最大的基于热力学状态量的SOC和最小的基于热力学状态量的SOC之间的差值。可以很明显地看出，上述的基于热力学状态量的SOC区间也就是：在该具体条件下终点数组中的充电终点SOC值减去放电终点SOC值，注意这里的SOC均为基于热力学量的SOC。

举例来说，对于上面所描述的在进行图1的对比时所进行转换的在25℃下的最大的基于热力学量的SOC值为99.23％，而最小的基于热力学量的SOC值为3.51％，因此在此条件下，基于热力学状态量的SOC区间就是：99.23％－3.51％＝95.72％。

将上述容量使用率的定义代入，可得：

在上式（1-3）中，的物理意义是：在具体实用条件下，在每单位的基于热力学量的SOC变化情况下，电池所能放出多少电荷，这反映的是单位的基于热力学量的SOC变化下，电池内活性物质的变化的量，这个值是与电池的放电倍率无关的。

至此，可以在实际的使用中采用容量系数来对电池在使用中某一时刻的基于热力学量的SOC进行跟踪。例如，对于电动巴士而言，在早上出车之前，通过测量电池的开路电压而得知起始的基于热力学状态量的SOC是98％，在车辆的运行过程中，在需要进行测量的时刻（例如T2),通过对于电池电量的追踪，计算电池所放出的标准容量的比例，这里所述放出的标准容量的比例指的是：例如从开始时刻至T2时刻，电池所放出的电量是0.4Ah，而电池的标准容量是1Ah（这里的1Ah指的是电池在“标准条件”下测量得到的容量，也可以称为额定容量，对于不同的电池，“标准条件”也不一定相同，但是对于任意一种电池，其均具有一个“标准容量”），那么电池从开始时刻至T2时刻就放出了0.4Ah/1Ah=40%的标准容量，换言之，电池放出的（或称已经用去的）标准容量的比例就是40％。

那么在此时，计算如下算式

将容量系数的定义代入后可将上式变换为：

的物理意义，而式（1-5)所整体代表的意义就是：在此时电池已经从起始的基于热力学状态量的值 （98％）已经用去了多少基于热力学状态量的SOC，例如计算得出36％，那么该时刻的基于热力学状态量的SOC值就是98％－36％＝62％。

进一步地，类似上面的方法，一旦知道了当前的基于热力学状态量的SOC值，即可计算出电池的剩余可用电量，该计算通过下面的步骤完成：

首先确定当前情况下电池的状态,即温度和放电倍率；

依据当前的温度和放电倍率在终点数组体系中找出对应于当前温度和放电倍率的终点数组，并得到对应的放电终点SOC,例如该值是0.04；注意这里的SOC仍然是基于热力学量的SOC；

例如在上面已经计算出电池目前的基于热力学状态量的SOC是62％，那么计算：

（0.62－0.04）×容量系数 （1-6)

将容量系数代入得

式（1-7)的含义是：电池目前的剩余的容量使用率，例如计算得出63％，将63％再乘以电池的标准容量即可得到电池的剩余可用电量。

至此，得到了电池的剩余可用电量。

上述的本发明的技术方案具有一系列的技术优点，首先，本发明所定义的“基于热力学量的SOC”具有明确的物理含义，这是传统的SOC体系中完全不具备的；其次，本发明引入电池在不同的操作条件（倍率，温度）下的终点数组体系，并通过该终点数组体系明确给出了电池在不同的操作条件下所对应的充放电终点所对应的实际的基于热力学量的SOC值；进一步地，在上述两方面改进的基础上，通过进一步引入容量系数等概念，本发明的BMS可以精确地计算电池的剩余可用电量，这将非常有助解决于电动汽车领域所长期受到困扰的一系列诸如无法准确预测续航里程等问题，从而有助于电动汽车的推广和使用。

第四部分改进

虽然上述的技术方案已经比较完备，我们进一步的研究发现，上述的容量系数是一个与温度相关的量，并且容量系数与温度之间的关系并不是线性的。

为此我们依据电化学反应动力学进行进一步分析，我们认为，容量系数所反应的是电池中活性物质的量，当温度变化时，反应物的活性会降低，可以看作是能够参加电化学反应的活性物质的量少了，即容量系数应该变少。

我们对上述散点进行了拟合，参见图2，拟合结果表明，衰减按照e指数进行，即:

其中，A,B,C为拟合系数，t为温度，对于图2的实施例而言，拟合所得到的A值为0.02181，B值为0.95481，C值为13.1317。本领域一般技术人员将可以理解：对于不同的电池体系，拟合系数也不同，但是整体的趋势都可以用e指数函数来描述。

依据（1-8)，我们可以得到在不同温度下的容量系数的修正值，从而可以用于更加精确地计算电池的剩余可用电量等值。

虽然仅结合有限数量的实施例对本发明进行详细描述，但是应当易于理解，本发明并不局限于上述公开的实施例。相反，本发明可修改为结合前面没有描述的任何数量的变化、变更、替换或等效配置，但它们与本发明的精神和范围一致。另外，虽然已经描述本发明的各个实施例，但是要理解，本发明的方面可以仅包含所述实施例子的其中一些。因此，本发明不能被视作受到以上描述的限制，而应由权利要求书的范围来限制。

Claims (4)

1.一种电池的基于热力学状态量的SOC的实时跟踪方法，包括：

测量电池的起始的基于热力学状态量的SOC值；

记录电池在该时刻已用去的标准容量的比例；

使用上述的标准容量的比例去除以容量系数以得到已经用的基于热力学状态量的SOC；

其中，容量系数按下式定义为：

将起始的基于热力学状态量的SOC值减去已经用去的基于热力学状态量的SOC以得到该时刻的基于热力学状态量的SOC；基于热力学状态量的SOC区间＝电池在某一具体条件下所能达到的最大的基于热力学状态量的SOC和最小的基于热力学状态量的SOC之间的差值。

2.如权利要求1所述的电池的基于热力学状态量的SOC的实时跟踪方法，还包括:

在不同温度下对容量系数进行修正，所述修正按照下式进行：

其中，A,B,C为拟合系数，t为温度。

3.一种电池剩余可用电量的实时计算方法，包括：

测量电池的起始的基于热力学状态量的SOC值；

记录电池在该时刻已用去的标准容量的比例；

使用上述的标准容量的比例去除以容量系数以得到已经用的基于热力学状态量的SOC；

其中，容量系数按下式定义为：

将起始的基于热力学状态量的SOC值减去已经用去的基于热力学状态量的SOC以得到该时刻的基于热力学状态量的SOC；

依据电池在该时刻的工作状态从终点数组体系中获得对应的电池放电终点所对应的基于热力学状态量的SOC；

将得到的该时刻的基于热力学状态量的SOC减去所述的电池放电终点所对应的基于热力学状态量的SOC后乘以容量系数以及标准容量以得到该时刻的电池可用电量；

基于热力学状态量的SOC区间＝电池在某一具体条件下所能达到的最大的基于热力学状态量的SOC和最小的基于热力学状态量的SOC之间的差值。

4.如权利要求3所述的电池剩余可用电量的实时计算方法，还包括:

在不同温度下对容量系数进行修正，所述修正按照下式进行：

其中，A,B,C为拟合系数，t为温度。