CN105277909B - 混合动力功率电池soc校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力功率电池SOC校准方法，属于电车技术领域，解决了现有的电池SOC的计算方法误差较大的技术问题。该混合动力功率电池荷电状态校准方法包括：获取电池的荷电状态的使用下限和使用上限；获取与所述使用下限对应的下限电压，以及与所述使用上限对应的上限电压；当电池的电压低于所述下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限；当电池的电压高于所述上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限。

Description

混合动力功率电池SOC校准方法

技术领域

本发明涉及电车技术领域，具体的说，涉及一种混合动力功率电池SOC校准方法。

背景技术

功率电池由于充电/放电倍率较大，因而适合各类型混合动力系统使用。对于采用单一功率电池作为储能单元的混合动力系统，车辆不需要外接充电。

混合动力车辆的运行模式受电池的荷电状态(State Of Charge，简称SOC)使用范围限制。当电池SOC处于较高或较低水平时，电池内阻增大，充电/放电电流引起的电压变化较大，不利于车辆部件的稳定工作。目前，混合动力系统普遍使用电池SOC的中间段区域，通过设置电池SOC的使用上限和使用下限，实现电气部件稳定电压范围内工作。

在车辆起步时，由电机驱动，由电池提供动力，电池SOC不足时，由发动机带动ISG电机串联发电；离合器结合后，由发动机驱动，SOC较高时，电机辅助驱动，SOC较低时，电机辅助发电。

而当SOC估算不准时，串联发电与辅助发电的时间就会提前或滞后，导致电池实际的荷电状态超出限制，容易出现过充或过放现象。尤其发电滞后时，电池剩余电量不足，使电池输出能力不足以提供车辆加速所需动力，导致车辆的动力性下降。

现有的SOC估算方法主要依靠安时积分法，但是采用安时积分法很容易产生误差，并且产生的误差会不断累积，不断增大。因此，利用现有的电池SOC计算方法产生的估算值偏差会日益累积，当估算的SOC与电池实际剩余电量相差较大时，电池就会出现过充、过放现象，不仅影响电池使用安全，也影响整车运行工况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力功率电池SOC校准方法，以解决现有的电池SOC的计算方法误差较大的技术问题。

本发明提供一种混合动力功率电池荷电状态校准方法，包括：

获取电池的荷电状态的使用下限和使用上限；

获取与所述使用下限对应的下限电压，以及与所述使用上限对应的上限电压；

当电池的电压低于所述下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限；

当电池的电压高于所述上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限。

优选的是，获取与所述使用下限对应的下限电压，以及与所述使用上限对应的上限电压，具体包括：

在电池的荷电状态为使用下限时，获取各个放电倍率下的电压和放电电流，并建立电压与放电电流的插值函数，作为下限电压函数；

在电池的荷电状态为使用上限时，获取各个充电倍率下的电压和充电电流，并建立电压与充电电流的插值函数，作为上限电压函数。

优选的是，当电池的电压低于所述下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限，具体为：

利用所述下限电压函数，根据当前的放电电流计算出当前的下限电压；

当电池的电压低于当前的下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限。

进一步的是，在将电池的荷电状态修正为使用下限之后，还包括：

启动ISG电机串联发电或启动驱动电机辅助发电，并降低电机驱动功率，使电池的荷电状态上升。

优选的是，在将电池的荷电状态修正为使用下限的同时，还将下限校准标识设置为是；

当电池的荷电状态上升至预设值时，将下限校准标识设置为否；

其中，所述下限校准标识为是时，不再对电池的荷电状态进行修正。

进一步的是，该方法还包括：

当电池满足开路电压法校准条件时，将荷电状态的校准方式设置为开路电压法，并将下限校准标识设置为否。

优选的是，当电池的电压高于所述上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限，具体为：

利用所述上限电压函数，根据当前的充电电流计算出当前的上限电压；

当电池的电压高于当前的上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限。

进一步的是，在将电池的荷电状态修正为使用上限之后，还包括：

降低驱动电机制动功率和ISG电机发电功率，并增加电机驱动功率，使电池的荷电状态下降。

优选的是，在将电池的荷电状态修正为使用上限的同时，还将上限校准标识设置为是；

当电池的荷电状态下降至预设值时，将上限校准标识设置为否；

其中，所述上限校准标识为是时，不再对电池的荷电状态进行修正。

进一步的是，该方法还包括：

当电池满足开路电压法校准条件时，将荷电状态的校准方式设置为开路电压法，并将上限校准标识设置为否。

本发明带来了以下有益效果：本发明提供的混合动力功率电池荷电状态校准方法中，首先获取电池的荷电状态的使用下限和使用上限，以及相应的下限电压和上限电压。当电池的电压低于下限电压时，则将电池的荷电状态修正为使用下限，以实现使用下限的校准，减少使用下限的累积误差，避免电池发生过放现象。当电池的电压高于上限电压时，则将电池的荷电状态修正为使用上限，以实现使用上限的校准，减少使用上限的累积误差，避免电池发生过充现象。

因此，本发明提供的混合动力功率电池荷电状态校准方法，能够有效减少电池的荷电状态的使用下限和使用上限的累积误差，从而避免了电池发生过放和过充现象，保证整车的正常运行。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例中混合动力系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的混合动力功率电池SOC校准方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种混合动力功率电池荷电状态校准方法，可用于混合动力系统中的功率电池SOC的校准。

如图1所示，混合动力系统通常由发动机、ISG电机、离合器、驱动电机、功率电池构成。图1中较粗的实线表示机械连接，虚线表示电气连接，较细的实线表示CAN总线连接。本实施例中，功率电池通过发电机控制器连接ISG电机，通过电机控制器连接驱动电机，并且功率电池、ISG电机和驱动电机均通过CAN总线连接整车控制器。

如图2所示，本发明实施例提供功率电池SOC的校准方法主要包括：

S1：获取电池SOC的使用下限和使用上限。

其中，所获取的使用下限为s1，使用上限为s2，且s2＞s1。

S2：获取与使用下限对应的下限电压，以及与使用上限对应的上限电压。具体包括：

S21：在电池实际soc＝s1时，获取各个放电倍率下的电压和放电电流，并建立soc＝s1时的电压与放电电流的一维插值函数，作为下限电压函数U_low(I)。其中，I表示实时电流，I＞0表示放电，I＜0表示充电，并且仅在I＞0时U_low(I)有意义。

S22：在电池实际soc＝s2时，获取各个充电倍率下的电压和充电电流，并建立soc＝s2时的电压与充电电流的一维插值函数，作为上限电压函数U_high(I)。其中，I表示实时电流，I＞0表示放电，I＜0表示充电，并且仅在I＜0时U_high(I)有意义。

上述步骤S21和步骤S22中，所提及的电压可以是电池单体电压，也可以是电池模组电压。

S3：在放电过程中，当电池的电压低于下限电压时，将电池SOC修正为使用下限。

S4：在充电过程中，当电池的电压高于上限电压时，将电池SOC修正为使用上限。

以下详细描述在放电和充电过程中，电池SOC校准方式。另外，作为一个优选方案，电池管理系统可以设置有下限校准标识f_low和上限校准标志f_high，并且下限校准标识和上限校准标志的初始值设置为否，即f_low＝false、f_high＝false，表示此时电池SOC处于可校准状态。

上述步骤S3具体为：

S31：电池管理系统实时检测电池的电压U和放电电流I。

S32：利用下限电压函数，根据当前的放电电流I计算出当前的下限电压U_low(I)。

S33：当电池的电压低于当前的下限电压时，将电池SOC修正为使用下限。

也就是，当首次检测到U＜U_low(I)时，则电池管理系统修正soc＝s1。

因为利用安时积分法计算电池SOC存在累积误差，所以很有可能在电池实际SOC已经低至s1时，安时积分法的计算结果还在s1之上，这将会造成电池发生过放现象。

相比之下，步骤S21中得到的下限电压函数U_low(I)则更加准确，因此当U＜U_low(I)时，则表示电池实际SOC已经低至s1，所以立即修正soc＝s1，以实现电池SOC的使用下限的校准。在此之后，利用安时积分法对电池SOC进行计算时，均以s1作为初始值。

优选的，在修正soc＝s1的同时，还将下限校准标识设置为是，即f_low＝true。而当f_low＝true时，即便再次出现U＜U_low(I)的情况，也不再对电池SOC进行修正，以避免无效的重复修正。

进一步的是，在步骤S33之后，还包括：

S34：启动ISG电机串联发电或启动驱动电机辅助发电，并降低电机驱动功率，使电池SOC上升。

S35：当电池SOC上升至预设值时，将下限校准标识设置为否。

在步骤S34使电池SOC上升的同时，电池管理系统实时利用安时积分法计算电池SOC。当计算出soc＞s1+Δs时，则设置f_low＝false。其中，Δs＞0，Δs通常可以取值在1％至2％之间。

上述步骤S4具体为：

S41：电池管理系统实时检测电池的电压U和充电电流I。

S42：利用上限电压函数，根据当前的充电电流I计算出当前的上限电压U_high(I)。

S43：当电池的电压高于当前的上限电压时，将电池SOC修正为使用上限。

也就是，当首次检测到U＞U_high(I)时，则电池管理系统修正soc＝s2。

因为利用安时积分法计算电池SOC存在累积误差，所以很有可能在电池实际SOC已经达到s2时，安时积分法的计算结果还在s2以下，这将会造成电池发生过充现象。

相比之下，步骤S22中得到的上限电压函数U_high(I)则更加准确，因此当U＞U_high(I)时，则表示电池实际SOC已经达到s2，所以立即修正soc＝s2，以实现电池SOC的使用上限的校准。在此之后，利用安时积分法对电池SOC进行计算时，均以s2作为初始值。

优选的，修正soc＝s2的同时，还将上限校准标识设置为是，即f_high＝true。而当f_high＝true时，即便再次出现U＞U_high(I)的情况，也不再对电池SOC进行修正，以避免无效的重复修正。

进一步的是，在步骤S43之后，还包括：

S44：降低驱动电机制动功率和ISG电机发电功率，并增加电机驱动功率，使电池SOC下降。

S45：当电池SOC下降至预设值时，将上限校准标识设置为否。

在步骤S44使电池SOC下降的同时，电池管理系统实时利用安时积分法计算电池SOC。当计算出soc＜s2-Δs时，则设置f_high＝false。其中，Δs＞0，Δs通常可以取值在1％至2％之间。

进一步的是，本发明提供的混合动力功率电池荷电状态校准方法还包括：

S5：当电池满足开路电压法校准条件时，将荷电状态的校准方式设置为开路电压法，并将下限校准标和上限校准标识设置为否。

当车辆停止运行，功率电池静置了足够时间后，即满足了开路电压法校准条件。此时，将电池SOC的校准方式设置为开路电压法，电池管理系统就可以采用准确度较高的开路电压法对电池SOC进行校准。同时，设置f_low＝false，f_high＝false。

本发明实施例提供的混合动力功率电池荷电状态校准方法中，首先获取电池SOC的使用下限s1和使用上限s2，以及相应的下限电压函数U_low(I)和上限电压函数U_high(I)。当电池的电压U＜U_low(I)时，则将电池SOC修正为s1，以实现使用下限的校准，减少使用下限的累积误差，避免电池发生过放现象。当电池的电压U＞U_high(I)时，则将电池SOC修正为s2，以实现使用上限的校准，减少使用上限的累积误差，避免电池发生过充现象。

因此，本发明提供的混合动力功率电池荷电状态校准方法，能够有效减少电池的荷电状态的使用下限和使用上限的累积误差，从而避免了电池发生过放和过充现象，保证整车的正常运行。

另外，本实施例中还基于电池管理系统与整车控制器的联合控制方法，实现校准后电池使用功率的限制，确保了电池容量的恢复与使用安全。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种混合动力功率电池荷电状态校准方法，其特征在于，包括：

获取电池的荷电状态的使用下限和使用上限；

获取与所述使用下限对应的下限电压，以及与所述使用上限对应的上限电压；

当电池的电压低于所述下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限；

当电池的电压高于所述上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限；

其中，获取与所述使用下限对应的下限电压，以及与所述使用上限对应的上限电压，具体包括：

在电池的荷电状态为使用下限时，获取各个放电倍率下的电压和放电电流，并建立电压与放电电流的插值函数，作为下限电压函数；

在电池的荷电状态为使用上限时，获取各个充电倍率下的电压和充电电流，并建立电压与充电电流的插值函数，作为上限电压函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当电池的电压低于所述下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限，具体为：

利用所述下限电压函数，根据当前的放电电流计算出当前的下限电压；

当电池的电压低于当前的下限电压时，将电池的荷电状态修正为使用下限。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将电池的荷电状态修正为使用下限之后，还包括：

启动ISG电机串联发电或启动驱动电机辅助发电，并降低电机驱动功率，使电池的荷电状态上升。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在将电池的荷电状态修正为使用下限的同时，还将下限校准标识设置为是；

当电池的荷电状态上升至预设值时，将下限校准标识设置为否；

其中，所述下限校准标识为是时，不再对电池的荷电状态进行修正。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

当电池满足开路电压法校准条件时，将荷电状态的校准方式设置为开路电压法，并将下限校准标识设置为否。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当电池的电压高于所述上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限，具体为：

利用所述上限电压函数，根据当前的充电电流计算出当前的上限电压；

当电池的电压高于当前的上限电压时，将电池的荷电状态修正为使用上限。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将电池的荷电状态修正为使用上限之后，还包括：

降低驱动电机制动功率和ISG电机发电功率，并增加电机驱动功率，使电池的荷电状态下降。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将电池的荷电状态修正为使用上限的同时，还将上限校准标识设置为是；

当电池的荷电状态下降至预设值时，将上限校准标识设置为否；

其中，所述上限校准标识为是时，不再对电池的荷电状态进行修正。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：当电池满足开路电压法校准条件时，将荷电状态的校准方式设置为开路电压法，并将上限校准标识设置为否。