CN106597316A - 一种电池组soc计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组SOC计算方法，当BMS再次开机时，检测电池组的单串电压V与环境温度t，并通过比较得到最低单串电压Vmin；确定当前电池的SOC初始值；当电池组有电流输出时，电池管理系统BMS采集电流通过前后的电池组的每个单串电池的电压、实际工作的环境温度以及电流大小，通过比较得到最大电压变化值ΔVmax，与该最大电压变化值ΔVmax对应的单串电池电流通过后的电压为Vx；查询单串电池电流通过后的电压Vx的数据所对应的电池SOC值SOCx，并将电池组当前SOC值标定为SOCx；按照SOC＝((SOCx+∫I*T)/TotalCap)*100％计算电池组在后续的充放电过程中的实时SOC值。本发明将安时积分法与不同温度、不同阻抗条件下电池动态电压的变化与SOC的对应关系相结合，大大提高了锂电池组的SOC计算准确度。

Description

一种电池组SOC计算方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种电池组SOC计算方法。
背景技术
当前已有的锂电池SOC(State of Charge)计算方法大多以安时积分方法为主，在电池充满电状态下，标定SOC值为100％，在后续的电池充放电状态下，通过获得采集电流数据与时间的积分运算，与初始标定的SOC通过加减法运算(当前计算公式为：SOC＝((100％+∫I*T)/TotalCap)*100％，获得充电或放电状态下的当前的SOC值。已有进一步的优化方法包括通过静态开路电压与SOC的对应关系，在BMS每次开机状态下，进行SOC开机校准、以及使用电池在不同温度条件下可用剩余容量存在差异的方式对SOC进行温度系数的修正计算，计算方法中使用不同温度下可用剩余容量LeftCap替换满电态下标定的100％SOC，计算公式为：SOC＝((LeftCap+∫I*T)/TotalCap)*100％，当前可用剩余容量LeftCap通过写入的温度与LeftCap对应数据关系，由当前采集的温度数据检索数据库获得。
但目前这些电池的计算方法都存在以下问题使得SOC计算的准确度不高：
1、电池组SOC计算未考虑到在电池组的应用中，电池组的SOC具有木桶原理，电池组的SOC取决于电池组中的单串电池SOC的最小值；
2、电池组SOC的状态仅通过电流、电压、与温度参数计算确定，忽略了单串电池的SOH(State of-Health)对SOC的计算也存在重要的影响，由于在制造过程中导致单串电池客观的存在不一致的情况，这些不一致主要表现在单串电池初始容量，连接电阻、循环衰减上。
发明内容
本申请通过提供一种电池组SOC计算方法，用于提高锂电池组应用中SOC计算准确度。
本申请采用以下技术方案予以实现：
一种电池组SOC计算方法，其关键在于，包括如下步骤：
S1：当电池管理系统BMS停机≥n小时后再次开机时，检测电池组的单串电压V与电池实际工作的环境温度t，并通过比较得到最低单串电压Vmin；
S2：将最低单串电压Vmin以及电池实际工作的环境温度t，与已存储的不同环境温度下开路电压与SOC对应关系进行比对，从而确定当前电池的SOC初始值；
S3：当电池组有电流输出时，电池管理系统BMS采集电流通过前后的电池组的每个单串电池的电压、实际工作的环境温度以及电流大小，其中，电流通过前的单串电池的电压为V0，电流通过后的单串电池的电压为V1，电流通过前后单串电池电压变化ΔV＝|V1-V0|，电流大小为I，通过比较得到最大电压变化值ΔVmax，与该最大电压变化值ΔVmax对应的单串电池电流通过后的电压为Vx；
S4：通过当前电池实际工作的环境温度t、电流I以及最大电压变化值ΔVmax，查询已存储的Vx所对应的电池SOC值SOCx，并将电池组当前SOC值标定为SOCx；
S5：按照SOC＝((SOCx+∫I*T)/TotalCap)*100％计算电池组在后续的充放电过程中的实时SOC值，式中，T为时间，TotalCap为额定容量，充电电流方向为正，放电电流方向为负。
进一步地，步骤S4中，通过实验数据获得不同有效阻抗的电池在不同SOC值，不同的环境温度条件下通过不同的放电电流所对应的单串电池电压变化ΔV以及电压Vx。
进一步地，所述有效阻抗包括单串电池的接触电阻、电池欧姆内阻以及极化电阻。
进一步地，有效阻抗范围小于等于标称电阻的300％，有效阻抗的数据间隔小于等于标称电阻的50％。有效阻抗的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
进一步地，SOC值范围为0至100％SOC，SOC的数据间隔小于等于5％SOC。SOC的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
进一步地，不同的环境温度为电池组实际工作的环境温度范围，环境温度的间隔小于等于50C。环境温度的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
进一步地，电流间隔小于等于10％I。电流间隔越小，SOC的精度就越大。
进一步地，步骤S1中n＝2。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：本发明将行业内的安时积分法与不同温度静态开路电压与SOC的对应关系相结合，在每次电池管理系统BMS开机状态下，进行SOC开机校准，大大提高了锂电池组的SOC计算准确度。
附图说明
图1为电池组SOC计算方法流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种电池组SOC计算方法，用于提高锂电池组应用中SOC计算准确度。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1
一种电池组SOC计算方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：当电池管理系统BMS停机≥2小时后再次开机时，检测电池组的单串电压V与电池实际工作的环境温度t，并通过比较得到最低单串电压Vmin；
S2：将最低单串电压Vmin以及电池实际工作的环境温度t，与已存储的不同环境温度下开路电压与SOC对应关系进行比对，从而确定当前电池的SOC初始值；
开路电压典型值与SOC对应关系如表1所示。
表1开路电压典型值与SOC对应关系
S3：当电池组有电流输出时，电池管理系统BMS采集电流通过前后的电池组的每个单串电池的电压、实际工作的环境温度以及电流大小，其中，电流通过前的单串电池的电压为V0，电流通过后的单串电池的电压为V1，电流通过前后单串电池电压变化ΔV＝|V1-V0|，电流大小为I，通过比较得到最大电压变化值ΔVmax，与该最大电压变化值ΔVmax对应的单串电池电流通过后的电压为Vx；
S4：通过当前电池实际工作的环境温度t、电流I以及最大电压变化值ΔVmax，查询已存储的Vx所对应的电池SOC值SOCx，并将电池组当前SOC值标定为SOCx；
S5：按照SOC＝((SOCx+∫I*T)/TotalCap)*100％计算电池组在后续的充放电过程中的实时SOC值，式中，T为时间，TotalCap为额定容量，充电电流方向为正，放电电流方向为负。
在步骤S4中，SOCx对应的Vx值通过实验获得。实验数据积累获得不同有效阻抗的电池在不同SOC值，不同的环境温度条件下通过不同放电电流所对应的单串电池电压变化ΔV以及电压Vx。
有效阻抗包括单串电池的接触电阻、电池欧姆内阻以及极化电阻。
有效阻抗范围小于等于标称电阻的300％，有效阻抗的数据间隔小于等于标称电阻的50％。有效阻抗的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
SOC值范围为0至100％SOC，SOC的数据间隔小于等于5％SOC。SOC的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
不同的环境温度为电池组实际工作的环境温度范围，环境温度的间隔小于等于50C。环境温度的数据间隔越小，SOC的精度就越大。
不同充放电电流的范围即电池组实际应用中的工作充放电电流的范围，电流间隔小于等于10％I。电流间隔越小，SOC的精度就越大。
在本实施例中，使用单体方形软包磷酸铁锂电池，标称电压3.2V，标称容量25Ah，标称电阻1.5mΩ，由4个12V100Ah电池模组串联成64V100Ah电池组。将本发明的方法与当前行业内通用的安时积分法进行对比测试：
本发明方法中，电池基础数据的积累部分：有效阻抗数据间隔为25％，范围为1.5mΩ至3mΩ；SOC的数据间隔为2.5％。范围为0％至100％；温度数据间隔为50C，温度范围为-200C至600C；充放电电流间隔为10％I，电流范围为10A至150A。
安时积分法中，基础数据中不同温度间隔为50C，温度范围为-200C至600C，SOC间隔为2.5％，SOC范围为0至100％。
表2电池基础数据表
实验电池组装载于电动低速车上测试，首先对BMS系统录入安时积分法程序，进行路试，后进行本发明方法程序录入BMS系统的路试。每一种方法路试时间为30天，路试环境市区路况，上下班用途，单程路程为20km，每天行驶40km，电池组最大行驶里程100km。当电池组显示SOC低于20％时在市区或公司进行充电。测试气温环境100C至350C。在每一种测试方法进行到第15天后，当车辆开回公司时，如果车载SOC显示值在约为30％、50％、70％三个节点下时，记录车载当前的实际SOC显示值，使用充放电设备对电池组进行放电剩余容量的测试，每一个SOC节点进行一次测试记录。路试30天完成后，使用充放电设备对电池组进行一次完整充电测试，记录设备充电容量显示值约为30％、50％、70％时，对应时刻BMS显示的电池组SOC值。结果如表3所示：
表3BMS显示的电池组SOC值
通过对比的结果可知，使用本发明方法，可以有效的控制SOC计算误差≤3％，而安时积分法的计算误差高达8％。测试结果表明本发明可以明显著提高了SOC的计算准确度。
本申请的上述实施例中，通过提供一种电池组SOC计算方法，当BMS再次开机时，检测电池组的单串电压V与环境温度t，并通过比较得到最低单串电压Vmin；确定当前电池的SOC初始值；当电池组有电流输出时，电池管理系统BMS采集电流通过前后的电池组的每个单串电池的电压、实际工作的环境温度以及电流大小，通过比较得到最大电压变化值ΔVmax，与该最大电压变化值ΔVmax对应的单串电池电流通过后的电压为Vx；查询单串电池电流通过后的电压Vx的数据区间所对应的电池SOC值SOCx，并将电池组当前SOC值标定为SOCx；按照SOC＝((SOCx+∫I*T)/TotalCap)*100％计算电池组在后续的充放电过程中的实时SOC值。本发明将安时积分法与不同温度、不同阻抗条件下动态电压与SOC的对应关系相结合，大大提高了锂电池组的SOC计算准确度。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池组SOC计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：当电池管理系统BMS停机≥n小时后再次开机时，检测电池组的单串电压V与电池实际工作的环境温度t，并通过比较得到最低单串电压Vmin；
S2：将最低单串电压Vmin以及电池实际工作的环境温度t，与已存储的不同环境温度下开路电压与SOC对应关系进行比对，从而确定当前电池的SOC初始值；
S3：当电池组有电流输出时，电池管理系统BMS采集电流通过前后的电池组的每个单串电池的电压、实际工作的环境温度以及电流大小，其中，电流通过前的单串电池的电压为V0，电流通过后的单串电池的电压为V1，电流通过前后单串电池电压变化ΔV＝|V1-V0|，电流大小为I，通过比较得到最大电压变化值ΔVmax，与该最大电压变化值ΔVmax对应的单串电池电流通过后的电压为Vx；
S4：通过当前电池实际工作的环境温度t、电流I以及最大电压变化值ΔVmax，查询已存储的Vx所对应的电池SOC值SOCx，并将电池组当前SOC值标定为SOCx；
S5：按照计算电池组在后续的充放电过程中的实时SOC值，式中，T为时间，TotalCap为额定容量，充电电流方向为正，放电电流方向为负。
2.根据权利要求1所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，步骤S4中，通过实验获得不同有效阻抗的电池在不同SOC值，不同的环境温度条件下通过不同的放电电流所对应的单串电池电压变化ΔV以及电压Vx。
3.根据权利要求2所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，所述有效阻抗包括单串电池的接触电阻、电池欧姆内阻以及极化电阻。
4.根据权利要求3所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，所述有效阻抗范围小于等于标称电阻的300％，有效阻抗的数据间隔小于等于标称电阻的50％。
5.根据权利要求2所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，SOC值范围为0至100％SOC，SOC的数据间隔小于等于5％SOC。
6.根据权利要求2所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，不同的环境温度为电池组实际工作的环境温度范围，环境温度的间隔小于等于5℃。
7.根据权利要求2所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，电流间隔小于等于10％Imax。
8.根据权利要求1所述的电池组SOC计算方法，其特征在于，步骤S1中n＝2。
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