CN106945546B - 动力电池的soc动态修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池的SOC动态修正方法，所述方法包括：车辆上电后，判断车辆是否处于平稳的运行状态；若是，则采集电池电压，并根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC；以所述目标SOC与当前SOC之差作为待修正SOC；判断车速是否满足修正条件；若满足，则进行SOC修正；所述SOC修正包括：对行驶时间计时，并且根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，直至完成修正或车辆下电。本发明通过建立电池电压值与目标SOC对应关系，在SOC存在误差时，实时在线地采集电压并得到对应的目标SOC，再按照行驶时间缓慢地将该误差修正，此方法比传统OCV修正更加灵活，实用性更高，能够有效避免车辆在行驶中发生亏电抛锚，从而提高了电动车辆的运行可靠性。

Description

动力电池的SOC动态修正方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车的电池技术领域，尤其涉及一种动力电池的SOC动态修正方法。

背景技术

荷电状态SOC(state of charge)是动力电池的一个关键参数，其通常用来表示电池剩余的电量。动力电池的SOC和多种因素相关，如温度、前一时刻充放电状态、极化效应、电池寿命等，因此给SOC动态估算带来很大的困难；再有，由于动力电池的自放电和一致性对误差的影响较大，特别是后者，目前在国内占有较大市场的磷酸铁锂电池，其一致性不佳，往往由于个别单体出现状况导致对整个电池包SOC的估算产生较大影响；此外，对电池SOC放电衰减的估算策略，常用的是安时积分法，但单纯的安时积分法会出现由于电流采集不准确导致误差累积。

因此，为解决上述问题，行业内对动力电池SOC估算多采用基于安时积分辅之开路电压(OCV)修正的算法。

但是，OCV修正的基本原理是将电池充分静置，静置时间一般在1小时以上，因此该方式有其局限性，不适合车辆在运行过程中实时地对动力电池SOC进行动态修正，并且OCV修正只能用于SOC的低端静态修正，若车辆处在“浅放”工况时，即电量未消耗到低端水平即对电池进行充电，那么OCV修正就无法起到校准SOC精度的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池的SOC动态修正方法，该方法能够在车辆运行过程中，根据电池的实时状态和实际驾驶中的电池工况对动力电池SOC进行动态地修正，以充分保证车辆的运行可靠性。

本发明采用的技术方案如下：

一种动力电池的SOC动态修正方法，所述方法包括：

车辆上电后，判断车辆是否处于平稳的运行状态；

若是，则采集电池电压，并根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC；

以当前SOC与所述目标SOC之差作为待修正SOC；

判断车速是否满足修正条件；

若满足，则进行SOC修正；

所述SOC修正包括：对行驶时间计时，并且根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，直至完成修正或车辆下电。

优选地，所述电池电压和SOC动态关系曲线按下述方式获得：

根据实际驾驶中的电池放电工况，建立标定模型，并使电池按所述标定模型中的放电流程进行循环放电；选取放电过程中的电池电压值和SOC值，得到所述电池电压和SOC动态关系曲线。

优选地，所述平稳的运行状态，包括：车辆处于行驶状态且没有急加减速工况，或者车辆处于怠速停车状态。

优选地，所述根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC，包括：根据设定温度下的所述电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC。

优选地，所述选取放电过程中的电池电压值和SOC值，包括：在放电过程中选取电池电压平稳时刻的电池电压值和SOC值。

优选地，所述根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，包括：

若所述待修正SOC为正，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以所述当前SOC与SOC修正值之差，作为修正后的SOC；

若所述待修正SOC为负，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以所述当前SOC与SOC修正值之和，作为修正后的SOC。

优选地，所述完成修正包括：累计参与修正的所述SOC修正值之和，与所述待修正SOC的绝对值相等。

优选地，所述判断车速是否满足修正条件，包括：判断车速是否大于预设的最小车速；

若车速大于所述最小车速，则进行SOC修正；若车速不大于所述最小车速，则暂停SOC修正。

优选地，包括：通过安时积分法计算得到所述当前SOC。

通过本发明提出的动力电池的SOC补偿方法，以实际驾驶工况下的动力电池电压值与目标SOC建立对应关系，在SOC存在误差时实时在线判断车辆的SOC水平，并将其按照行驶时间缓慢地修正为准确的目标电量显示值，使驾驶人在正常驾车过程中不易察觉地修正了此误差，此方法比传统OCV修正更加灵活，实用性更高，本发明可动态修正电动汽车的剩余电量显示精度，保证电动车辆在运行时合理判断电池电量水平，避免行驶过程中由于不准确的电量值导致驾驶人错误判断电池实际状况，引发行驶中亏电抛锚的现象发生，从而本发明进一步提高了电动车辆的运行可靠性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供一种动力电池的SOC动态修正方法，包括：

车辆上电后，判断车辆是否处于平稳的运行状态；

若是，则采集电池电压，并根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC；

以当前SOC与所述目标SOC之差作为待修正SOC，这里所说的当前SOC，通常是采用安时积分法得到的实时的SOC；

判断车速是否满足修正条件；

若满足，则进行SOC修正；

所述SOC修正包括：对行驶时间计时，并且根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，直至完成修正或车辆下电。

上述方法在车辆运行过程中，实时在线判断车辆的SOC水平，当判断SOC存在误差，将其按照行驶时间缓慢地修正为准确的SOC，使驾驶人在正常驾车时对此修正过程不易察觉，在解决动态修正SOC的同时，不会给驾驶人带来困扰。

需要说明的是，其中提及的电池电压和SOC动态关系曲线，是获得待修正SOC的关键步骤，其可以是在整车出厂前由车辆生产方预先对动力电池进行动态标定从而得到该曲线，在本发明的一个实施例中，该曲线可以由下述方式获得：

根据实际驾驶中的电池放电工况建立标定模型，其中，放电工况是结合驾驶人的驾驶习惯得到的简易工况，因此，该模型可以模拟电动车辆在一般城市中运行时的典型工况；模型建立后，使电池按模型中的放电流程进行多次循环放电，并在放电过程中的选取特定时刻的电池电压值和SOC值，制成上文提及的电池电压和SOC动态关系曲线。这里需要说明，由于温度对电池性能影响很大，因此可以考虑在不同的设定温度环境中，获得不同的曲线以得到不同的目标SOC；当然，为了保证目标SOC的准确性，还可以在一优选方案中，只在放电过程中的电池电压平稳时刻，选取电池电压值和SOC值建立曲线。

具体地说，以对电池影响较大的温度节点25℃为例，首先获得准确的电池容量：将数个电池单体组成的电池包静置于25℃环境仓中，待电池包温度处于25±2℃，以1C恒流放电至单体保护电压(即允许的电池最小电压，这里设为2.3V)，静置30分钟；之后，再将电池包静置于25℃环境仓中，待电池包温度处于25±2℃，以0.5C恒流充电至3.45V，再以10A恒流充电至3.65V，记录此时的电池容量，并静置30分钟。

其次，进行动态修正参数标定：将上述电池包放电至单体保护电压后，以0.5C充电电流将电池充满，也可以根据不同电池的特性差别，有针对性的充电，例如磷酸铁锂电池存在平台期，即不能用某一电压对应一个SOC，通常只在SOC为0％～30％区间时才有明显斜率，因此在该步骤中，可将磷酸铁锂电池充至其容量的三成，即SOC为30％；这里需要进一步说明，此步骤决定了最终获得的曲线范围，也就决定了SOC修正的范围，如磷酸铁锂电池，其最佳的修正区间是当SOC处于30％以下；接续上文，将充电后的电池包静置于25℃中，设置放电流程：按1/3C放电40s→1/2C放电30s→1C放电10s→1/3C充电7s→静置30s(取静置第10秒时的SOC值和电压值)→1/4C放电5s→1/3C充电7s→静置30s，并按此流程循环放电，直至SOC降为单体保护电压。

需对上述放电流程说明的是，此流程模拟的是搭载某型号动力电池的电动汽车在城市中的驾驶状态，其可作为该动力电池的典型放电过程；再者，在放电流程中第一次静置的第10秒获取数据，是由于根据该型号电池的特性，在电流较小情况下该时刻的电池电压变化较小，即电池电压较为平稳，从而获得的对应SOC值更为准确。此外，本领域技术人员还可以理解的是，上述建模方式可以结合具体的情况进行调整，例如对于不同型号电池或者不同城市的使用工况，调整电流大小、充放电时间、静置次数和时间等，本发明对此不做限定。

根据放电过程中获取的数据制成电池电压和SOC动态关系曲线或表格，以此作为SOC修正的查询基础，即通过采集动态采集电池电压，便可获得与电压对应的目标SOC。当然，通过上述模型获得的是基于设定的25℃的曲线，其他温度下的电池电压和SOC的对应关系都可以按照上述建模、标定方式获得，本发明不再赘述；这里需要说明的是，根据电池本身的特性以及实际使用经验，本发明提出在电池温度大于等于25℃时，可以采用25℃的曲线得到目标SOC；如果电池温度小于10℃，因处于低温下的电池不能保证稳定的工作状态，所以不建议采用SOC修正；并且，对于10℃至25℃区间，可以考虑以0.5℃或1℃进阶的方式，得到一定数量的曲线，当然，在之后的SOC修正过程中采集电池电压的同时还可以采集电池温度，并根据设定好的温度按照该温度对应或近似对应的曲线进行修正。

接续上文，在由以上方法获得电池电压和SOC动态关系曲线后，则可以进入到SOC修正步骤，如实施例所述，首先要保证车辆处于平稳的运行状态，由于本发明采用的是电压对应SOC的方法，因此电池电压是动态修正的基础，即车辆上电后需要判断车辆是否处于平稳的运行状态，如果处于非平稳状态，会影响到采集的电池电压值，进而影响SOC修正；关于车辆处于平稳的运行状态，其中包括：车辆处于行驶状态且没有急加减速工况，或者，车辆处于怠速停车状态。举例来说，可以判断车辆上电5分钟之后，有大于20A的电流，即认为车辆处于行驶状态；并且在30秒内没有大于50A的放电电流，则认为车辆没有出现急加减速工况；当然，还可以采集7秒内的放电电流处于0A至5.5A之间，同时在第6秒、第7秒，电池单体电压的变化率小于或等于50mV，此工况下，电流很小且电压处于平稳的状态，对应到实际驾驶工况，一般此时车辆正处于怠速停车状态；这里需要说明的是，上述判定车辆处于平稳行驶的条件，是基于特定的城市驾驶工况，针对不同的工况，本发明不限定采用其他判定方式或条件，但其目的是相同的，即为了获取到某一时刻的平稳的电池电压。

当车辆满足上述条件后，即可采集该时刻的电池电压和电池温度，并根据已获得的电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC，即某一温度下的电池电压在该温度下的曲线中有与其相应的准确的SOC值，此为所述目标SOC。之后，以当前SOC与目标SOC之差，作为待修正SOC，即待修正SOC＝当前SOC-目标SOC；这里需要说明的是，当前SOC即是通过安时积分法得到SOC值，也即是驾驶人能够从仪表总成中看到的SOC值；而待修正SOC，即为该时刻的当前SOC与实际电池剩余电量的偏差值，本发明提出考虑到修正的必要性，可以只当待修正SOC的绝对值大于一个设定值时才进行修正，例如设定值为4％，当然，该条件不是必须的，无论待修正SOC的大小，都可以使用本发明的方案进行修正。

关于修正方式，本发明提供了另一个实施例供参考，即根据待修正SOC，以行驶时间对当前SOC进行修正。具体而言，在开始进行SOC修正后，触发对行驶时间的计时，当每行驶了一个单位修正时间，便将一个预设的SOC修正值，补偿到当前SOC，从而获得了经过一次修正后的SOC；在车辆持续行进过程中，随着行驶时间的累积，多次修正后的SOC平缓地趋于目标SOC。而当累计参与修正的SOC修正值的总和与待修正SOC的绝对值相等时，修正即完成。如果车辆下电时没有修正完成，则依然结束修正，可以等待下一次上电后重新修正或继续修正，此不在本发明考虑的范围。

按照上文的修正方法，在实际操作中，可能会遇到待修正SOC的出现正或负的情况，即显示的当前SOC有可能大于或小于目标SOC，据此，本发明提供另一个实施例，即当待修正SOC为正时(当前SOC大于目标SOC)，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以当前SOC与SOC修正值之差，作为修正后的SOC；或者，当待修正SOC为负时，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以当前SOC与SOC修正值之和，作为修正后的SOC。这里需要指出的，本发明的修正过程和电池正常放电是同步进行的，每次修正时都是以当时的由安时积分算出的当前SOC作为修正基础；另外，关于本发明提出的平缓的不易被驾驶员察觉的修正方法，本发明针对提及的单位修正时间和SOC修正值，并结合实际经验，给出一个参考数值：单位修正时间可以选为10秒，SOC修正值可以为0.1％；即在开始计时后，当车辆每行驶10秒就对当时的SOC进行0.1％的补偿，按此速率，即可满足平缓修正的需求；当然，以上数值可以结合不同的实际情况和经验进行等效的调整，本发明对此不做限定。

前文还提出，在进行SOC修正前，可以考虑判断车辆的行驶状态，即通过车速判断车辆是否满足修正条件，基于此点的考虑是因为本发明的修正方法是以行驶时间作为修正基础，如果车速极低或静止，采用本发明修正方法虽然可行，但SOC的变化就会较易地被驾驶人察觉，从而有可能给驾驶人带来困惑；据此，考虑在开始修正前，先进行对车速的判断，如果车速大于一个预设的最小车速(即阈值)，则进行SOC修正；若车速不大于该最小车速，则不执行SOC修正。这里需要说明的是，该阈值按照实际工况可以设定为10km/hour，再有，此处提及的不执行SOC修正，可以理解为暂停修正，即如果已进行但未完成SOC修正，当车辆的速度因其他因素，降到10km/hour或以下，则不再进行计时和后续修正，直到车速又提升到10km/hour以上时，再次开始计时，并继续按每10秒补偿0.1％的方式进行修正。

综合上述实施例和优选方案，本发明提供了一个较佳实施例的流程示意图(前提是已通过标定、建模等方式得到电池电压和SOC动态关系曲线)，如图1所示，具体步骤为：

1)车辆上电后，判断车辆是否处于平稳的运行状态(此为获得准确的目标SOC的必要条件)；

2)若车辆处于平稳的运行状态，则采集当前的电池电压和电池温度；

3)通过查询电池电压和SOC动态关系曲线，获得与该电池电压对应到目标SOC；

4)根据目标SOC和当前SOC，计算得出待修正SOC；

5)判断车速是否大于设定的速度阈值，若为否，则不执行修正，继续判断车速；若为是，则开始进行修正；

修正步骤为：

6)对行驶时间计时；

7)若待修正SOC为正，则在行驶时间每达到单位修正时间时，使当前SOC减去SOC修正值，得到该时刻的修正后的SOC；若待修正SOC为负，则在行驶时间每达到单位修正时间时，使当前SOC加上SOC修正值，得到该时刻的修正后的SOC；

8)按上述方式持续修正，直至修正完成或整车下电。

最后，需要进一步说明的是，在实际操作中，还可以考虑将上述方法、策略等以程序方式通过整车控制器VCU来实现整体控制，在此，本发明以某型号磷酸铁锂电池纯电动轿车为例，给出一个结合实际工况的实施方式，用于阐明本发明的原理：

1)VCU中储存有各设定温度下的电池电压和SOC动态关系曲线；

2)车辆行驶过程中正常放电，由安时积分法实时算出当前SOC为15％(即仪表盘显示当前的剩余电量为15％)，且车辆已经行驶5分钟以上；

3)车辆在路口遇到红灯，便缓慢行驶不再加速，此时达到30秒内没有50A的电流，且7秒内放电电流在0A与5.5A之间，同时第6秒、第7秒内最低单体电压的变化率小于等于50mV，完全满足获取准确SOC值的车辆条件；VCU获得此刻电池温度为10℃，电压为3.213V；VCU根据10℃的电池电压和SOC动态关系曲线，得到3.213V对应的SOC实际值10％，即目标SOC为10％，；

4)VCU通过计算得到待修正SOC为5％，此时，VCU又判断出当前车速大于10km/hour，于是开始对行驶时间计时，并按照速率为0.1％/10s的修正速度进行修正，由于待修正SOC为正，则每累计10秒，便使实时的当前SOC减去0.1％，并以此方式持续修正，直到上述5％的误差完全消除(或车辆下电)。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种动力电池的SOC动态修正方法，其特征在于，所述方法包括：

车辆上电后，判断车辆是否处于平稳的运行状态；包括判断车辆是否处于行驶状态且没有急加减速工况，或者按照如下方式判断车辆是否处于怠速停车状态：采集预设时间内的放电电流是否处于预设电流区间，且判断在所述预设时间的后期，电池单体电压的变化率是否小于或等于预设电压阈值；

若是，则采集电池电压，并根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC；

以当前SOC与所述目标SOC之差作为待修正SOC；

判断车速是否满足修正条件；

若满足，则进行SOC修正；

所述SOC修正包括：对行驶时间计时，并且根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，直至完成修正或车辆下电；所述完成修正包括：累计参与修正的SOC修正值之和，与所述待修正SOC的绝对值相等。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池电压和SOC动态关系曲线按下述方式获得：

根据实际驾驶中的电池放电工况，建立标定模型，并使电池按所述标定模型中的放电流程进行循环放电；选取放电过程中的电池电压值和SOC值，得到所述电池电压和SOC动态关系曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC，包括：根据设定温度下的所述电池电压和SOC动态关系曲线得到目标SOC。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选取放电过程中的电池电压值和SOC值，包括：在放电过程中选取电池电压平稳时刻的电池电压值和SOC值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述待修正SOC，对当前SOC按照行驶时间进行修正，包括：

若所述待修正SOC为正，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以所述当前SOC与SOC修正值之差，作为修正后的SOC；

若所述待修正SOC为负，则在车辆的行驶时间到达整数倍的单位修正时间时，以所述当前SOC与SOC修正值之和，作为修正后的SOC。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述判断车速是否满足修正条件，包括：判断车速是否大于预设的最小车速；

若车速大于所述最小车速，则进行SOC修正；若车速不大于所述最小车速，则暂停SOC修正。

7.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，包括：通过安时积分法计算得到所述当前SOC。