CN105068011B - 一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包soc值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，重新定义单体电池和电池包的SOC计算方法，选择四种不同适合时机，运用不同算法，分别修正受安时积分累计误差影响的单体电池剩余容量，受温度变化和老化影响的单体电池最大可用容量，从而修正电池包最大可用容量和剩余容量，实现在特定时刻点对SOC单一值的修正；另外针对电池包SOC实时计算公式，本发明还提供更精准的初始值和电池包最大可用容量值，使得在线计算的电池包SOC更准确。
Description
技术领域
本发明属于估算和修正电动汽车动力电池的荷电状态SOC值的计算方法领域，尤其是涉及一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法。
背景技术
对于电动汽车，动力电池荷电状态SOC表征电池的剩余容量，它作用如同传统汽车油箱油量表的作用。但SOC作为电池内部参量无法直接测得。针对SOC的估计算法主要有安时积分法、开路电压法、神经网络法、卡尔曼滤波法，这些方法都有自身的缺陷：安时积分法有累计误差，开路电压法不能实现在线估算，神经网络法受到训练数据的限制难以推广，卡尔曼滤波算法对系统处理速度要求较高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，能够以安时积分法和开路电压法两个计算方法结合使用为基础，必要时结合修复性充电方式，更加准确地估算和修正电池包的荷电状态SOC值。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：定义锰酸锂串联电池包在充放电的运行过程中的基本概念；
步骤(2)：定义步骤(1)内的基本概念之间的基础运算公式；
步骤(3)：定义进行估算和修正SOC值的四种适合时机，分别是：第一适合时机、第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机；
步骤(4)：分别定义步骤(3)中的四种合适时机的估算和修正SOC值的具体算法；
步骤(5)：根据采集到的电池信息，判断该电池信息满足何种适合时机，并根据该种适合时机的具体方法估算和修正SOC值。
进一步的，步骤(1)中定义的基本概念具体包括：
基本概念(1)：基本静置：电池不充电也不放电，通过电池电流为0；
基本概念(2)：充分静置：静置时间至少3小时以上，15小时以内；
基本概念(3)：电池端电压U：在电池正负极上直接测量得到的电压差；
基本概念(4)：电池开路电压Uocv：电池充分静置后，端电压几乎不再变化时的值，得到准确的Uocv只能通过充分静置电池后测量电池端电压U即等于Uocv；
基本概念(5)：电池欧姆电压Uom：有电流通过时，由于电池电阻造成的电压变化值；
基本概念(6)：电池极化电压Up：有电流通过时，由于电池内部极化效应造成的电压变化值；
基本概念(7)：电池单体SOC-OCV曲线：电池SOC值和Uocv值的对应关系，它受外界温度和电池老化程度影响较小，基本不改变；
基本概念(8)：电池容量：电池储存的电量；
基本概念(9)：单体电池额定容量：在设计规定的条件下，电池能放出的最低容量；
基本概念(10)：一次电池循环：电池管理系统处于唤醒状态，即工作时段下对应的电池充电、放电和静置的变化过程，若电池管理系统进入休眠或者断电状态，一次电池循环结束，待电池管理系统恢复唤醒状态后启动下一次电池循环；
基本概念(11)：修复性充电：可人为设定的充电方式，将充电过程分为三个阶段，修复性充电第一阶段——充电前静置3小时，修复性充电第二阶段——标准恒流恒压充电，修复性充电第三阶段——充电后静置3小时；
基本概念(12)：单体电池放完电：指单体电池放电到电池的开路电压Uocv等于放电截止电压的状态；
基本概念(13)：单体电池充满电：指单体电池充电到电池的开路电压Uocv等于充电截止电压的状态；
基本概念(14)：单体电池最大可用容量Qimax：指单体电池从充满电状态放电至放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(15)：单体电池剩余容量Qidischarge：单体电池从当前状态到放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(16)：单体电池可充容量Qicharge：单体电池从当前状态到充满电状态过程中吸收的容量；
基本概念(17)：电池包剩余容量Qdischarge：等于电池包n节串联单体中Qidischarge的最小值；
基本概念(18)：电池包可充容量Qcharge：等于电池包n节串联单体中Qicharge的最小值；
基本概念(19)：电池包最大可用容量Qmax：电池包剩余容量Qdischarge和电池包可充容量Qcharge之和；
基本概念(20)：电池包荷电状态SOC：电池包剩余容量Qdischarge与电池包最大可用容量Qmax的比值。
进一步的，步骤(2)所定义的基础运算公式具体包括：
公式(1)：U＝Uocv±Uom±Up；
公式(2)：Qidischarge＝Qimax×SOCi；
公式(3)：Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
Qimax＝Qidischarge+Qicharge
公式(4)：＝Qimax×SOCi+Qimax×(1-SOCi)；
公式(6)：Qmax＝Qcharge+Qdischarge；
公式(8)：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,…,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}；
公式(9)：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,…,Qncharge}
＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}。
进一步的，步骤(3)中所定义的四种适合时机，分别是具体为：
第一适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，电动车辆运行或标准恒流恒压充电过程中有电流经过电池或者电池连续静置时间小于3小时；
第二适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统检测到电池当下满足连续静置时间大于或等于3小时；
第三适合时机：人为选择修复性充电方式；
第四适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，将每相邻的两次静置时间大于或等于3小时的静置状态划分为一组，每组中包含两种情况：第一种情况：电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时，第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％；第二种情况：电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时，第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量小于单体电池额定容量的50％。
进一步的，步骤(4)所定义的四种适合时机的具体计算方法为：
第一适合时机的算法为：利用安时积分公式在线实时计算电池包荷电状态SOC值，不修正任何参数，具体公式为：
其中，SOCini为电池包在上一次电池循环结束时估算的SOC值，即新一次电池循环开始时SOC状态的初始值，SOCini也是第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机的条件满足时，被修正的SOC值，即修正SOC值后电池启动新一轮充电、放电和静置状态SOC的初始值，Qmax为电池包最大可用容量，I为电池包充放电电流，放电时电流取负值，充电时电流取正值，□AH表示充电或放电过程中容量的变化；
第二适合时机的算法包括的计算步骤为：
第一步，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值；
第二步，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态SOCi；
第三步，不改变单体电池最大可用容量Qimax，即电池管理系统调取最近一次计算保存的Qimax值，用来修正单体电池剩余容量和可充电容量：
单体电池剩余容量:Qidischarge＝Qimax×SOCi；
单体电池可充电容量:Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
第四步，修正电池包剩余容量和可充电容量：
电池包剩余容量：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,…,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}，
电池包可充电容量：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,…,Qncharge}
＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}；
第五步，修正电池包最大可用容量：Qmax＝Qcharge+Qdischarge
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}
+min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}；
第六步，修正当前时刻电池包SOC状态，并将其作为后续SOC在线计算的初始值：
第七步，将修正后的SOC值作为第一适合时机算法公式内的SOC状态的初始值，再计算后续的电池包SOC值；
第三适合时机的算法：通过人为选择“修复性充电”按钮，电池管理系统控制充电机，包括三个阶段，分别为：第一阶段为充电前静置3小时、第二阶段为标准恒流恒压充电和第三阶段为充电后静置3小时；
第一阶段，充电前静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_1st表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步，计算出用它修正的充电前静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量，再用Qmax_1st带入第二适合时机的第六步，计算出电池包荷电状态，用SOC_1st表示，公式如下：
Qmax_1st＝＝min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),…,Qnmax×(1-SOCn_1st)}；
SOC_1st＝(min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st})/
[min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),…,Qnmax×(1-SOCn_1st)}]；
第二阶段，充电过程中以SOC_1st为初始值带入第一适合时机的安时积分公式计算，将计算的电池包荷电状态用SOC_2nd表示，实时传送到仪表进行显示；
第三阶段,充电后静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_3rd表示，利用第二阶段计算的安时积分，重点修正充电后静置3小时计时到时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_prepare表示；
再用Qimax_prepare值修正充电后静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量Qmax_3rd和电池包SOC状态SOC_3rd；
Qmax_3rd＝＝min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),…,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}；
SOC_3rd＝(min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd})/
[min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),…,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}]；
然后，退出修复性充电过程，将SOC_3rd作为初始值，Qmax_3rd值替换保存电池管理系统中过去存储的Qimax值，实时计算电池包SOC值；
第四适合时机的算法包括以下步骤：
第四适合时机的第一种情况的算法步骤为：
步骤A，未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于等于3h的时刻，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_a表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步和第六步，计算出电池包最大可用容量Qmax_a和电池包荷电状态SOC_a；
Qmax_a＝＝min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),…,Qnmax×(1-SOCn_a)}；
SOC_a＝(min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a})/
[min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),…,Qnmax×(1-SOCn_a)}]；
步骤B，电动车辆正常运行或者电池进行常规的恒流恒压充电，以SOC_a为初始值带入第一适合时机的安时积分公式，实时计算电池包SOC值；
步骤C,第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％时，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值。根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_b表示，利用步骤B计算的安时积分重点修正当前时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_new表示；
再利用第二适合时机的第五步，计算电池包最大可用容量，用Qmax_new表示，再将Qmax_new带入第二适合时机的第六步，计算电池包SOC状态，用SOC_new表示；
Qmax_new＝＝min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),…,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}；
SOC_new＝(min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b})/
[min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),…,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}]；
步骤D，将SOC_new作为初始值，Qmax_new值替换保存电池管理系统中过去存储的Qmax值，带入第一适合时机的安时积分计算公式，实时计算电池包SOC；
第四适合时机的第二种情况的算法，按照第二适合时机的计算处理方法进行运算。
相对于现有技术，本发明所述的用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法具有以下优势：
本发明重新定义单体电池和电池包的SOC计算公式，选择四种不同适合时机分别修正受安时积分误差影响的单体电池剩余容量，受温度变化和老化影响的单体电池最大可用容量，从而修正电池包最大可用容量和剩余容量，实现对单体电池和电池包SOC状态在特定时刻点的单一值修正。另外本发明为第一适合时机针对电池包SOC值实时计算的安时积分基础公式，提供更精准的初始值和电池包最大可用容量参数，使得实时计算的电池包SOC更准确。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的锰酸锂SOC-OCV曲线表图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：定义锰酸锂串联电池包在充放电的运行过程中的基本概念；
步骤(2)：定义步骤(1)内的基本概念之间的基础运算公式；
步骤(3)：定义进行估算和修正SOC值的四种适合时机，分别是：第一适合时机、第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机；
步骤(4)：分别定义步骤(3)中的四种合适时机的估算和修正SOC值的具体算法；
步骤(5)：根据采集到的电池信息，判断该电池信息满足何种适合时机，并根据该种适合时机的具体方法估算和修正SOC值。
步骤(1)中定义的基本概念具体包括：
基本概念(1)：基本静置：电池不充电也不放电，通过电池电流为0；
基本概念(2)：充分静置：静置时间至少3小时以上，15小时以内；
基本概念(3)：电池端电压U：在电池正负极上直接测量得到的电压差；
基本概念(4)：电池开路电压Uocv：电池充分静置后，端电压几乎不再变化时的值，得到准确的Uocv只能通过充分静置电池后测量电池端电压U即等于Uocv；
基本概念(5)：电池欧姆电压Uom：有电流通过时，由于电池电阻造成的电压变化值；
基本概念(6)：电池极化电压Up：有电流通过时，由于电池内部极化效应造成的电压变化值；
基本概念(7)：电池单体SOC-OCV曲线：电池SOC值和Uocv值的对应关系，它受外界温度和电池老化程度影响较小，基本不改变；
基本概念(8)：电池容量：电池储存的电量；
基本概念(9)：单体电池额定容量：在设计规定的条件下，电池能放出的最低容量；
基本概念(10)：一次电池循环：电池管理系统处于唤醒状态，即工作时段下对应的电池充电、放电和静置的变化过程，若电池管理系统进入休眠或者断电状态，一次电池循环结束，待电池管理系统恢复唤醒状态后启动下一次电池循环；
基本概念(11)：修复性充电：可人为设定的充电方式，将充电过程分为三个阶段，修复性充电第一阶段——充电前静置3小时，修复性充电第二阶段——标准恒流恒压充电，修复性充电第三阶段——充电后静置3小时；
基本概念(12)：单体电池放完电：指单体电池放电到电池的开路电压Uocv等于放电截止电压的状态；
基本概念(13)：单体电池充满电：指单体电池充电到电池的开路电压Uocv等于充电截止电压的状态；
基本概念(14)：单体电池最大可用容量Qimax：指单体电池从充满电状态放电至放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(15)：单体电池剩余容量Qidischarge：单体电池从当前状态到放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(16)：单体电池可充容量Qicharge：单体电池从当前状态到充满电状态过程中吸收的容量；
基本概念(17)：电池包剩余容量Qdischarge：等于电池包n节串联单体中Qidischarge的最小值；
基本概念(18)：电池包可充容量Qcharge：等于电池包n节串联单体中Qicharge的最小值；
基本概念(19)：电池包最大可用容量Qmax：电池包剩余容量Qdischarge和电池包可充容量Qcharge之和；
基本概念(20)：电池包荷电状态SOC：电池包剩余容量Qdischarge与电池包最大可用容量Qmax的比值。
步骤(2)所定义的基础运算公式具体包括：
公式(1)：U＝Uocv±Uom±Up；
公式(2)：Qidischarge＝Qimax×SOCi；
公式(3)：Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
Qimax＝Qidischarge+Qicharge
公式(4)：＝Qimax×SOCi+Qimax×(1-SOCi)；
公式(6)：Qmax＝Qcharge+Qdischarge；
公式(8)：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,…,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}；
公式(9)：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,…,Qncharge}
＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}。
步骤(3)中所定义的四种适合时机，分别是具体为：
第一适合时机：电动车辆运行或标准恒流恒压充电过程中有电流经过电池或者电池连续静置时间小于3小时，标志位time为0或1；
第二适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统检测到电池当下满足连续静置时间大于或等于3小时，且标志位time为1或0；
第三适合时机：人为选择修复性充电方式，标志位time为0；
第四适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，将每相邻的两次静置时间大于或等于3小时的静置状态划分为一组，每组中：电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时，置标志位time为1，即第二适合时机的条件满足，按第二适合时机所定义的算法进行处理；若第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％时，置标志位time为2，按第四适合时机所定义的算法进行处理；若第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量小于单体电池额定容量的50％时，置标志位time为0，即第二适合时机的条件满足,按第二适合时机所定义的算法进行处理。
步骤(4)所定义的四种适合时机的具体计算方法为：
第一适合时机的情况下，电池内部极化电压并未消除，此时采集得到的电池单体端电压不等于电池单体开路电压，无法得到准确Uocv值也就无法利用SOC-OCV曲线确认电池单体当前准确的SOCi，也就无从计算准确的SOC，因此这种情况下SOC仍采用安时积分公式，不修正，在实时工况运行中实时计算；
第一适合时机的算法为：利用安时积分公式在线实时计算电池包荷电状态SOC值，不修正任何参数，具体公式为：
其中，SOCini为电池包在上一次电池循环结束时估算的SOC值，即新一次电池循环开始时SOC状态的初始值，SOCini也是第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机的条件满足时，被修正的SOC值，即修正SOC值后电池启动新一轮充电、放电和静置状态SOC的初始值，Qmax为电池包最大可用容量，I为电池包充放电电流，放电时电流取负值，充电时电流取正值，□AH表示充电或放电过程中容量的变化；
由于采集精度等硬件原因，电池管理系统长期使用第一适合时机的安时积分公式后难免积累安时积分误差，且随使用时间增长而增大，因此，安时积分部分计算结果只在短时期，尤其单次充放电过程中是精准的，为消除累计误差影响，选取第二适合时机，在不改变单体电池最大可用容量Qimax前提下，利用开路电压，通过修正各单体电池的SOCi，从而修正电池包的实际剩余容量和最大可用容量，进而修正已存储的电池包荷电状态SOC作为安时积分公式的SOC初始状态。未对电池进行修复性充电，车辆启动运行后，电池管理系统首先查询本次启动和上次关闭车辆运行的时间差，即车辆停靠时的静置时间。或者在车辆启动运行后的工况中监测到电池通过电流持续为0，即运行过程中的静置时间。若静置时间大于或等于3小时且标志位time为1或0，即适合时机2条件满足，执行下面第二适合时机的算法步骤：
第一步，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值；
第二步，根据单体Uocv值，查图2的表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态SOCi；
第三步，不改变单体电池最大可用容量Qimax，即电池管理系统调取最近一次计算保存的Qimax值，用来修正单体电池剩余容量和可充电容量：
单体电池剩余容量:Qidischarge＝Qimax×SOCi；
单体电池可充电容量:Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
第四步，修正电池包剩余容量和可充电容量：
电池包剩余容量：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,…,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}，
电池包可充电容量：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,…,Qncharge}
＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}；
第五步，修正电池包最大可用容量：Qmax＝Qcharge+Qdischarge
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,…,Qnmax×SOCn}
+min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),…,Qnmax×(1-SOCn)}；
第六步，修正当前时刻电池包SOC状态，并将其作为后续SOC在线计算的初始值：
第七步，将修正后的SOC值作为第一适合时机算法公式内的SOC状态的初始值，再计算后续的电池包SOC值；
本发明还提供了适用于第三适合时机的修复性充电方法，利用单次充电电流稳定，时间短，单次计算安时积分误差几近为0的优势，创造静置条件求取准确Uocv，从而重点修正单体电池的最大可用容量Qimax，进而较大程度的改进电池包最大可用容量Qmax，以计算出更准确的电池包SOC状态。
一方面，随着电池的使用，四季环境温度对单体电池最大可用容量值影响较大，随电池老化程度增加，单体电池最大可用容量递减的趋势也是明显的，于是对单体电池最大可用容量的修正显得必要。
另一方面，电池管理系统可以实现对充电机充电电流值的控制。那么在充电过程中人为创造修正需要的静置条件成为可能，人们通过选择修复性充电按钮，进入修正Qimax预先设定的充电模式中，将整个充电分为充电前3小时静置、正常充电、充电后3小时静置三个状态。
再者，虽然这种方式时间久，但对Qimax的修正不必太过频繁，且修正一次SOC估算准确性提高很多，现实生活中也是可行的
第三适合时机的算法的三个阶段：
第一阶段，充电前静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_1st表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步，计算出用它修正的充电前静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量，再用Qmax_1st带入第二适合时机的第六步，计算出电池包荷电状态，用SOC_1st表示，公式如下：
Qmax_1st＝＝min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),…,Qnmax×(1-SOCn_1st)}；
SOC_1st＝(min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st})/
[min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,…,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),…,Qnmax×(1-SOCn_1st)}]；
第二阶段，充电过程中以SOC_1st为初始值带入第一适合时机的安时积分公式计算，将计算的电池包荷电状态用SOC_2nd表示，实时传送到仪表进行显示；
第三阶段,充电后静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_3rd表示，利用第二阶段计算的安时积分，重点修正充电后静置3小时计时到时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_prepare表示；
再用Qimax_prepare值修正充电后静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量Qmax_3rd和电池包SOC状态SOC_3rd；
Qmax_3rd＝＝min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),…,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}；
SOC_3rd＝(min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd})/
[min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,…,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),…,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}]；
然后，退出修复性充电过程，将SOC_3rd作为初始值，Qmax_3rd值替换保存电池管理系统中过去存储的Qimax值，实时计算电池包SOC值；
第四适合时机是未对电池进行修复性充电前提下，利用前后两次静置状态各自估计的单体电池荷电状态和两次静置状态间计算的较为准确的安时积分值，重点修正单体电池最大可用容量，用Qimax_new表示。从而计算较准确的电池包荷电状态，
第四适合时机的算法包括以下步骤：
第四适合时机的第一种情况的算法步骤为：
步骤A，未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于等于3h的时刻，置标志位time＝1,取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_a表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步和第六步，计算出电池包最大可用容量Qimax_a和电池包荷电状态SOC_a；
Qmax_a＝＝min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),…,Qnmax×(1-SOCn_a)}；
SOC_a＝(min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a})/
[min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,…,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),…,Qnmax×(1-SOCn_a)}]；
步骤B，电动车辆正常运行或者电池进行常规的恒流恒压充电，以SOC_a为初始值带入第一适合时机的安时积分公式，实时计算电池包SOC值；
步骤C,第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％时，置标志位time为2，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值。根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_b表示，利用步骤B计算的安时积分重点修正当前时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_new表示，
再利用第二适合时机的第五步，计算电池包最大可用容量用Qmax_new表示，再将Qmax_new带入第二适合时机的第六步，计算电池包SOC状态，用SOC_new表示，
Qmax_new＝＝min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),…,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}；
SOC_new＝(min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b})/
[min{Q1max_new×SOC1_b,…,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),…,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}]；
计算结束后，置标志位time为0；
步骤D，将SOC_new作为初始值，Qmax_new值替换保存电池管理系统中过去存储的Qmax值，带入第一适合时机的安时积分计算公式，实时计算电池包SOC；
在步骤C中，如果第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3h且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量小于单体电池额定容量的50％时，置标志位time为0，即跳出第四适合时机的满足条件，转入满足第二适合时机的条件,按第二适合时机的计算处理方法进行运算。
一旦标志位time为0后，则启动新的第四适合时机的静置状态的检测，即标志位time为0后马上退出第四适合时机的计算处理过程，重新检测满足的适合时机的种类，再做相应的处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：定义锰酸锂串联电池包在充放电的运行过程中的基本概念；步骤(1)中定义的基本概念具体包括：
基本概念(1)：基本静置：电池不充电也不放电，通过电池电流为0；
基本概念(2)：充分静置：静置时间至少3小时以上，15小时以内；
基本概念(3)：电池端电压U：在电池正负极上直接测量得到的电压差；
基本概念(4)：电池开路电压Uocv：电池充分静置后，端电压几乎不再变化时的值，得到准确的Uocv只能通过充分静置电池后测量电池端电压U即等于Uocv；
基本概念(5)：电池欧姆电压Uom：有电流通过时，由于电池电阻造成的电压变化值；
基本概念(6)：电池极化电压Up：有电流通过时，由于电池内部极化效应造成的电压变化值；
基本概念(7)：电池单体SOC-OCV曲线：电池SOC值和Uocv值的对应关系，它受外界温度和电池老化程度影响较小，基本不改变；
基本概念(8)：电池容量：电池储存的电量；
基本概念(9)：单体电池额定容量：在设计规定的条件下，电池能放出的最低容量；
基本概念(10)：一次电池循环：电池管理系统处于唤醒状态，即工作时段下对应的电池充电、放电和静置的变化过程，若电池管理系统进入休眠或者断电状态，一次电池循环结束，待电池管理系统恢复唤醒状态后启动下一次电池循环；
基本概念(11)：修复性充电：可人为设定的充电方式，将充电过程分为三个阶段，修复性充电第一阶段——充电前静置3小时，修复性充电第二阶段——标准恒流恒压充电，修复性充电第三阶段——充电后静置3小时；
基本概念(12)：单体电池放完电：指单体电池放电到电池的开路电压Uocv等于放电截止电压的状态；
基本概念(13)：单体电池充满电：指单体电池充电到电池的开路电压Uocv等于充电截止电压的状态；
基本概念(14)：单体电池最大可用容量Qimax：指单体电池从充满电状态放电至放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(15)：单体电池剩余容量Qidischarge：单体电池从当前状态到放完电状态过程中放出的容量；
基本概念(16)：单体电池可充容量Qicharge：单体电池从当前状态到充满电状态过程中吸收的容量；
基本概念(17)：电池包剩余容量Qdischarge：等于电池包n节串联单体中Qidischarge的最小值；
基本概念(18)：电池包可充容量Qcharge：等于电池包n节串联单体中Qicharge的最小值；
基本概念(19)：电池包最大可用容量Qmax：电池包剩余容量Qdischarge和电池包可充容量Qcharge之和；
基本概念(20)：电池包荷电状态SOC：电池包剩余容量Qdischarge与电池包最大可用容量Qmax的比值。
步骤(2)：定义步骤(1)内的基本概念之间的基础运算公式；步骤(2) 所定义的基础运算公式具体包括：
公式(1)：U＝Uocv±Uom±Up；
公式(2)：Qidischarge＝Qimax×SOCi；
公式(3)：Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
Qimax＝Qidischarge+Qicharge
公式(4)：＝Qimax×SOCi+Qimax×(1-SOCi)；
公式(5)：
公式(6)：Qmax＝Qcharge+Qdischarge；
公式(7)：
公式(8)：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,...,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,...,Qnmax×SOCn}；
公式(9)：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,...,Qncharge}＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),...,Qnmax×(1-SOCn)}
步骤(3)：定义进行估算和修正SOC值的四种适合时机，分别是：第一适合时机、第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机；步骤(3)中所定义的四种适合时机，分别是具体为：
第一适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，电动车辆运行或标准恒流恒压充电过程中有电流经过电池或者电池连续静置时间小于3小时；
第二适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统检测到电池当下满足连续静置时间大于或等于3小时；
第三适合时机：人为选择修复性充电方式；
第四适合时机：未对电池进行修复性充电前提下，将每相邻的两次静置时间大于或等于3小时的静置状态划分为一组，每组中包含两种情况：第一种情况：电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时，第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％；第二种情况：电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时，第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量小于单体电池额定容量的50％；
步骤(4)：分别定义步骤(3)中的四种合适时机的估算和修正SOC值的具体算法；
步骤(5)：根据采集到的电池信息，判断该电池信息满足何种适合时机，并根据该种适合时机的具体方法估算和修正SOC值。
2.根据权利要求1所述的用于估算和修正锰酸锂串联电池包SOC值的方法，其特征在于：步骤(4)所定义的四种适合时机的具体计算方法为：
第一适合时机的算法为：利用安时积分公式在线实时计算电池包荷电状态SOC值，不修正任何参数，具体公式为：
其中，SOCini为电池包在上一次电池循环结束时估算的SOC值，即新一次电池循环开始时SOC状态的初始值，SOCini也是第二适合时机、第三适合时机和第四适合时机的条件满足时，被修正的SOC值，即修正SOC值后电池启动新一轮充电、放电和静置状态SOC的初始值，Qmax为电池包最大可用容量，I为电池包充放电电流，放电时电流取负值，充电时电流取正值，ΔAH表示充电或放电过程中容量的变化；
第二适合时机的算法包括的计算步骤为：
第一步，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值；
第二步，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态SOCi；
第三步，不改变单体电池最大可用容量Qimax，即电池管理系统调取最近一次计算保存的Qimax值，用来修正单体电池剩余容量和可充电容量：
单体电池剩余容量:Qidischarge＝Qimax×SOCi；
单体电池可充电容量:Qicharge＝Qimax×(1-SOCi)；
第四步，修正电池包剩余容量和可充电容量：
电池包剩余容量：Qdischarge＝min{Q1discharge,Q2discharge,...,Qndischarge}
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,...,Qnmax×SOCn}，
电池包可充电容量：Qcharge＝min{Q1charge,Q2charge,...,Qncharge}
＝min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),...,Qnmax×(1-SOCn)}；
第五步，修正电池包最大可用容量：Qmax＝Qcharge+Qdischarge
＝min{Q1max×SOC1,Q2max×SOC2,...,Qnmax×SOCn}
+min{Q1max×(1-SOC1),Q2max×(1-SOC2),...,Qnmax×(1-SOCn)}；
第六步，修正当前时刻电池包SOC状态，并将其作为后续SOC在线计算的初始值：
第七步，将修正后的SOC值作为第一适合时机算法公式内的SOC状态的初始值，再计算后续的电池包SOC值；
第三适合时机的算法：通过人为选择“修复性充电”按钮，电池管理系统控制充电机，包括三个阶段，分别为：第一阶段为充电前静置3小时、第二阶段为标准恒流恒压充电和第三阶段为充电后静置3小时；
第一阶段，充电前静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_1st表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步，计算出用它修正的充电前静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量，再用Qmax_1st带入第二适合时机的第六步，计算出电池包荷电状态，用SOC_1st表示，公式如下：
Qmax_1st＝＝min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,...,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),...,Qnmax×(1-SOCn_1st)}；
SOC_1st＝(min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,...,Qnmax×SOCn_1st})/
[min{Q1max×SOC1_1st,Q2max×SOC2_1st,...,Qnmax×SOCn_1st}
+min{Q1max×(1-SOC1_1st),Q2max×(1-SOC2_1st),...,Qnmax×(1-SOCn_1st)}]；
第二阶段，充电过程中以SOC_1st为初始值带入第一适合时机的安时积分公式计算，将计算的电池包荷电状态用SOC_2nd表示，实时传送到仪表进行显示；
第三阶段,充电后静置3小时，3小时计时到，立刻监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_3rd表示，利用第二阶段计算的安时积分，重点修正充电后静置3小时计时到时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_prepare表示；
再用Qimax_prepare值修正充电后静置3小时计时到时刻电池包最大可用容量Qmax_3rd和电池包SOC状态SOC_3rd；
Qmax_3rd＝＝min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,...,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),...,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}；
SOC_3rd＝(min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,...,Qnmax_prepare×SOCn_3rd})/
[min{Q1max_prepare×SOC1_3rd,...,Qnmax_prepare×SOCn_3rd}
+min{Q1max_prepare×(1-SOC1_3rd),...,Qnmax_prepare×(1-SOCn_3rd)}]；
然后，退出修复性充电过程，将SOC_3rd作为初始值，Qmax_3rd值替换保存电池管理系统中过去存储的Qimax值，实时计算电池包SOC值；
第四适合时机的算法包括以下步骤：
第四适合时机的第一种情况的算法步骤为：
步骤A，未对电池进行修复性充电前提下，电池管理系统第一次检测到电池连续静置时间大于等于3h的时刻，取单体Uocv值等于单体端电压值，根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_a表示，同时，电池管理系统调取最近一次计算保存的单体电池最大可用容量值Qimax，带入第二适合时机的第五步和第六步，计算出电池包最大可用容量Qmax_a和电池包荷电状态SOC_a；
Qmax_a＝＝min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,...,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),...,Qnmax×(1-SOCn_a)}；
SOC_a＝(min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,...,Qnmax×SOCn_a})/
[min{Q1max×SOC1_a,Q2max×SOC2_a,...,Qnmax×SOCn_a}
+min{Q1max×(1-SOC1_a),Q2max×(1-SOC2_a),...,Qnmax×(1-SOCn_a)}]；
步骤B，电动车辆正常运行或者电池进行常规的恒流恒压充电，以SOC_a为初始值带入第一适合时机的安时积分公式，实时计算电池包SOC值；
步骤C,第二次检测到电池连续静置时间大于或等于3小时且两次静置状态间隔中电池累计充或放电容量大于或等于单体电池额定容量的50％时，监测各单体电池端电压，取单体Uocv值等于单体端电压值； 根据单体Uocv值，查表SOC-OCV曲线，得到各单体电池当前荷电状态，用SOCi_b表示，利用步骤B计算的安时积分重点修正当前时刻单体电池最大可用容量，新的修正值用Qimax_new表示；
再利用第二适合时机的第五步，计算电池包最大可用容量，用Qmax_new表示，再将Qmax_new带入第二适合时机的第六步，计算电池包SOC状态，用SOC_new表示；
Qmax_new＝＝min{Q1max_new×SOC1_b,...,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),...,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}；
SOC_new＝(min{Q1max_new×SOC1_b,...,Qnmax_new×SOCn_b})/
[min{Q1max_new×SOC1_b,...,Qnmax_new×SOCn_b}
+min{Q1max_new×(1-SOC1_b),...,Qnmax_new×(1-SOCn_b)}]；
步骤D，将SOC_new作为初始值，Qmax_new值替换保存电池管理系统中过去存储的Qmax值，带入第一适合时机的安时积分计算公式，实时计算电池包SOC；
第四适合时机的第二种情况的算法，按照第二适合时机的计算处理方法进行运算。
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