CN106772072A - 一种基于电池特性曲线的soc估算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电池特性曲线的SOC估算方法及装置，属于电池管理及测试技术领域。所述方法包括获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期，计算得到第一电池荷电状态，当电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态‑开路电压曲线，得到第二电池电荷状态，通过所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值，判断电池荷电状态差值与荷电状态阈值之间的关系以确定最终电池荷电状态，利用简单的计算过程满足了不同温度下SOC测试精度，实现了对SOC的估算与校正，计算方法简便可行，试用范围广。
Description
技术领域
本发明属于电池管理及测试技术领域，特别涉及一种基于电池特性曲线的SOC估算方法及装置。
背景技术
在能源危机和环境污染日益严重的今天，电动汽车由于其零污染和能源利用率高的特点，得到了越来越广泛地使用。对于电动汽车而言，电池是其动力来源的核心部件，而电池管理系统又对观测电池的状态、确保电池的安全起着重要的作用。在电池的状态参数中，电池荷电状态(SOC)通常被用来衡量电池剩余容量、续航里程以及表征电池的可用能量。
现阶段SOC估算方法主要有安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波算法或其衍生算法。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
现有的SOC估算方法大多基于电池单体而且计算复杂度太高，对微处理器的计算速度要求较高，算法收敛速度慢，导致SOC计算的误差较大，很难满足实际的需求。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于电池特性曲线的SOC估算方法及装置。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种基于电池特性曲线的SOC估算方法，所述方法包括：
获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
根据所述初始电池荷电状态、所述电池工作电流值、所述电流采样周期、所述电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
求取所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
当所述电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当所述电池荷电状态差值不大于所述荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
进一步地，所述第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率；SOC1为第一电池荷电状态。
进一步地，所述电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路测量得到，所述电池单体温度值通过光耦采样电路测量得到，所述电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
进一步地，所述当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态具体包括：当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，获取所述电池单体电压值的最小值和所述电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池荷电状态。
进一步地，所述根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，得到最终电池荷电状态，所述最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
一种基于电池特性曲线的SOC估算装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
计算模块，用于根据所述初始电池荷电状态、所述电池工作电流值、所述电流采样周期、所述电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
状态获取模块，用于当所述电池组工作电流值小于电流阈值且所述持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
状态计算模块，用于根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态做差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
确定模块，用于当所述电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当所述电池荷电状态差值不大于所述荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
进一步地，所述第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率；SOC1为第一电池荷电状态。
进一步地，所述电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路得到，所述电池单体温度值通过光耦采样电路得到，所述电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
进一步地，所述状态获取模块还用于当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，获取所述电池单体电压值的最小值和所述电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池荷电状态。
进一步地，所述确定模块，用于当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态中，所述最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
通过提出一种基于电池特性曲线的SOC估算方法及装置，利用初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期，计算得到第一电池荷电状态，判断当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池电荷状态，求取所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值，当所述电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态不满足测试精度要求，需要根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态进行修正，得到最终电池荷电状态；当所述电池荷电状态差值不大于所述荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态可以满足测试精度要求，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态，该基于电池特性曲线的SOC估算方法，利用简单的计算过程满足了不同温度下SOC测试精度，实现了对SOC的估算与校正，计算方法简便可行，试用范围广。
附图说明
为了更清楚地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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的一种基于电池特性曲线的SOC估算方法示意图；
图2是本发明实施例一的不同温度下荷电状态-开路电压曲线图；
图3是本发明实施例一的一种基于电池特性曲线的SOC估算方法的方法流程图；
图4是本发明实施例二的一种基于电池特性曲线的SOC估算装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种基于电池特性曲线的SOC估算方法，以三元锂子电池的SOC估算为例，如图1所示，该方法如下：
步骤101：获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
具体地，也可如图3所示，获取各电池单体的电压值V1、V2……Vn，各电池单体的温度值T1、T2……Tn，电池工作电流值I，初始电池荷电状态SOC0和电池容量Q，电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路测量得到，电池单体温度值通过光耦采样电路测量得到，电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
在本实施例中，电池单体电压值通常采用LTC680X系类芯片或光耦切换AD采样电路测量得到；电池单体温度值采用温度采集模块或光耦切换AD采样电路测量得到；电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
步骤102：根据初始电池荷电状态、电池工作电流值、电流采样周期、电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
具体地，也可如图3所示，第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率，SOC1为第一电池荷电状态。
其中，电池充电效率在放电过程中η＝1，充电过程中η≤1，在本实施例中电池充电效率η＝0.95。
步骤103：当电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
具体地，也可如图3所示，在放电条件下，满足电池工作电流值小于电流阈值，设ΔI为设定的电流阈值，在本实施例中ΔI＝2A，即I＜2A且电池工作电流小于电流阈值的持续时间小于时间阈值，设ΔTime为设定的阈值，在本实施例中ΔTime＝4min，即Time＜4min时，获取电池单体电压值的最小值和电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，即当电池单体电压值的最小值和电池单体温度值的最小值都满足上述两个条件时，就可以说明电池组满足上述两个条件，不同温度下荷电状态-开路电压曲线如图2所示，将获取的电池单体温度的最小值代入到最接近的温度下的荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池电荷状态SOC2。
步骤104：求取第一电池荷电状态和第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
具体地，也可如图3所示，电池荷电状态差值计算公式如下：
ΔSOC＝|SOC1-SOC2|
式中：SOC1为第一电池荷电状态，SOC2为第二电池荷电状态；ΔSOC为电池荷电状态差值。
步骤105：当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当电池荷电状态差值不大于荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
具体地，也可如图3所示，如果电池荷电状态差值大于荷电状态阈值，设M为设定的SOC阈值，即ΔSOC＞M时，根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态，得到最终电池荷电状态，最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
如果电池荷电状态差值不大于荷电状态阈值，即ΔSOC≤M时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态，即SOC＝SOC1。
在实际应用当中，利用电压采样单元通过LTC680X系类芯片或光耦切换AD采样电路获取电池单体电压值，利用温度采样单元通过光耦切换AD采样电路获取电池单体温度值，利用电流采样单元通过霍尔传感器采集电池工作电流，利用中央处理单元通过飞思卡尔等单片机采集和收集外部传输来的电池单体电压值、温度值和电池工作电流值，利用基于电池特性曲线的SOC估算方法，用于完成最终电池组的SOC估算。
本实施例提供的方法，利用初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期，计算得到第一电池荷电状态，判断当所电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池电荷状态，求取第一电池荷电状态和第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值，当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态不满足测试精度要求，需要根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态进行修正，得到最终电池荷电状态；当电池荷电状态差值不大于荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态可以满足测试精度要求，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态，该基于电池特性曲线的SOC估算方法，利用简单的计算过程满足了不同温度下SOC测试精度，实现了对SOC的估算与校正，计算方法简便可行，试用范围广。
实施例二
本实施例提供了一种基于电池特性曲线的SOC估算装置，如图4所示，该装置具体包括：
获取模块201，用于获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
计算模块202，用于根据初始电池荷电状态、电池工作电流值、电流采样周期、电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
状态获取模块203，用于当电池组工作电流值小于电流阈值且持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
状态计算模块204，用于根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态做差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
确定模块205，用于当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当电池荷电状态差值不大于荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
作为上述装置的优选，第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率；SOC1为第一电池荷电状态。
在获取模块201中，电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路得到，电池单体温度值通过光耦采样电路得到，电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
同时，获取模块201还用于当电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，获取电池单体电压值的最小值和电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池荷电状态。
确定模块205，用于当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态中，最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
本实施例提供的装置，通过获取模块获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期，利用计算模块计算得到第一电池荷电状态，当电池组工作电流值小于电流阈值且持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池电荷状态，再根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态做差并取绝对值，得到电池荷电状态差值，通过确定模块确定当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态不满足测试精度要求，需要根据第一电池荷电状态和第二电池荷电状态进行修正，确定最终电池荷电状态；当电池荷电状态差值不大于荷电状态阈值时，说明该温度下的电池荷电状态可以满足测试精度要求，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态，该基于电池特性曲线的SOC估算装置，利用简单的计算过程满足了不同温度下SOC测试精度，实现了对SOC的估算与校正，计算方法简便可行，试用范围广。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (10)
1.一种基于电池特性曲线的SOC估算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
根据所述初始电池荷电状态、所述电池工作电流值、所述电流采样周期、所述电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
求取所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态之差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
当所述电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当所述电池荷电状态差值不大于所述荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率；SOC1为第一电池荷电状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路测量得到，所述电池单体温度值通过光耦采样电路测量得到，所述电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态具体包括：当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，获取所述电池单体电压值的最小值和所述电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池荷电状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，得到最终电池荷电状态，所述最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
6.一种基于电池特性曲线的SOC估算装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取初始电池荷电状态、电池容量、电池单体电压值、电池单体温度值、电池工作电流值和电流采样周期；
计算模块，用于根据所述初始电池荷电状态、所述电池工作电流值、所述电流采样周期、所述电池容量，计算得到第一电池荷电状态；
状态获取模块，用于当所述电池组工作电流值小于电流阈值且所述持续时间小于时间阈值时，根据预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线，得到第二电池荷电状态；
状态计算模块，用于根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态做差并取绝对值，得到电池荷电状态差值；
确定模块，用于当所述电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态；当所述电池荷电状态差值不大于所述荷电状态阈值时，确定最终电池荷电状态为第一电池荷电状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一电池荷电状态的计算公式如下：
SOC1＝SOC0+(η*I*ΔT)/Q
式中：SOC0为初始电池荷电状态；I为电池工作电流值；ΔT为电流采样周期；Q为电池容量；η为电池充电效率；SOC1为第一电池荷电状态。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电池单体电压值通过芯片或光耦采样电路得到，所述电池单体温度值通过光耦采样电路得到，所述电池工作电流值通过霍尔传感器采集得到。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述状态获取模块还用于当所述电池工作电流值小于电流阈值的持续时间小于时间阈值时，获取所述电池单体电压值的最小值和所述电池单体温度值的最小值，代入到预设的不同温度下荷电状态-开路电压曲线中，得到第二电池荷电状态。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于当电池荷电状态差值大于荷电状态阈值时，根据所述第一电池荷电状态和所述第二电池荷电状态，确定最终电池荷电状态中，所述最终电池荷电状态的计算公式如下：
SOC＝η1SOC1+η2SOC2
式中：SOC1为第一电池荷电状态；SOC2为第一电池荷电状态；SOC为最终电池荷电状态；η1+η2＝1，η1和η2表示修正因子，且0＜η1、η2＜1，修正因子的取值由SOC1和SOC2的权值决定。
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