CN107045108A - 一种充电过程中校准锂电池组soc的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充电过程中校准锂电池组SOC的方法，主要在电池开始使用前，对其容量与温度之间的关系进行测量与拟合，并且在充电前依据静置时间，对SOC的初值进行校准，在充电过程中通过BMS测量的电池温度，设定修正后的电池参数，以提升安时积分法估算锂电池SOC的准确性。通过对不同温度下容量进行修正，采用传统的安时积分法估计SOC可获得更高的精度，并且算法简单易实现，便于工程应用。

Description

一种充电过程中校准锂电池组SOC的方法
技术领域
本发明涉及锂电池SOC的校准方法，特别是用于纯电动车的锂电池组在充电过程中校准SOC的方法。
背景技术
下面的背景技术用于帮助读者理解本发明，而不能被认为是现有技术。
近年来，锂电池以及锂电池组以其高能量密度、环保性等优势逐渐成为电动汽车的主流动力来源。锂电池以及锂电池组的荷电状态(State-of-Charge，SOC)是电动汽车的一项关键参数。SOC的准确估计可以发挥锂电池组的最大性能，并且准确预估电动汽车的剩余里程。
当前锂电池SOC估计有开路电压法、安时积分法、卡尔曼等先进滤波法、神经网络等方法。其中开路电压法需要在静置长时间后，根据SOC与开路电压的对应关系得到锂电池当前的SOC，但是不适用于电动汽车在行驶或者充电过程中的SOC估计。卡尔曼等先进滤波算法以及神经网络法算法复杂，这些算法常常因为占用电池管理系统(BMS)计算资源过多、耗时过长等原因而不在电动汽车运行过程中使用。而安时积分法算法简单，计算迅速，目前常用于BMS对锂电池的SOC估计中。但是安时积分法存在的初值问题以及累计误差等问题需要解决，同时锂电池在不同温度下的性能差异很大，因此在安时积分法实际使用过程中需要对其进行温度以及初值进行修正，以提高锂电池SOC估计的精度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提出了一种在充电过程中对SOC校准的方法，具体是在充电过程中，由电池管理系统依据当前环境温度等参数对SOC估计的关键参数进行校准，以提高电池组SOC估计的精度。
本发明的在充电过程校准锂电池SOC的方法，主要在电池实际使用前，对其容量与温度之间的关系进行测量与拟合，并且在充电前依据静置时间，对SOC 的初值进行校准，在充电过程中通过BMS测量的电池温度，设定修正后的电池参数，以提升安时积分法估算锂电池SOC的准确性。
具体来说，本发明的一种校准充电过程中锂电池组SOC的方法，用于计算充电过程中锂电池组的SOC值，其中，具体步骤如下：
S1.锂电池组在开始使用前，对其容量与温度之间的关系进行测量与拟合，建立电池组的容量-温度模型，得出容量温度补偿系数λC；
S2.判断锂电池组处于充电过程或放电过程；
S3.锂电池组处于充电过程中，先通过电池管理系统判断锂电池组上次工作后的静置时间，若静置时间≥3小时，通过开路电压对锂电池组SOC初值SOC(0)进行校准；若静置时间＜3小时，则不校准，SOC初值SOC(0)为上次电池组使用结束时SOC估计的末值；
S4.再通过电池管理系统测量锂电池组的平均温度，结合步骤S1的容量温度补偿系数λC对锂电池组容量进行修正，得到CT；
S5.将SOC初值SOC(0)和修正后的锂电池组容量CT代入安时积分法计算锂电池组SOC：具体公式：
其中，式中i(t)是t时刻锂电池组的测量电流；η为库伦效率，通常取η＝1；
SOC(t)是t时刻的瞬时荷电状态。
一些实施方式中，根据步骤S2，若电池组处于放电过程中，依据安时积分法估算锂电池组SOC
一些优选的实施方式中，步骤S1中根据容量-温度模型得出λC的计算公式：λC＝CT/C0＝aT2+bT+c，
其中，λC是容量温度补偿系数；CT为T温度下的锂电池组容量；C0为20℃时的电池组标称容量；a,b,c是拟合模型的常数，测量不同温度下电池组容量值，然后进行二次多项式拟合，得到a，b，c的值。
另一些优选的实施方式中，步骤S4中CT＝λCC0。其中,C0为20℃时的电池组标称容量。
一些实施方式中，步骤S1中通过对不同温度下锂电池组容量进行测量并多项式拟合，获取不同温度下锂电池组容量，建立锂电池组的容量-温度模型；所述对不同温度的设定及容量测量在恒温箱中进行。
一些实施方式中，步骤S3中通过BMS与充电机进行通信判断锂电池组是充电过程或放电过程；或者测量一段时间内的电流值是否变化判断是否锂电池组是充电过程或放电过程。
有益效果
该发明的有益效果体现在：
1、通过实际测量不同温度点下的电池容量，并进行拟合，可以得到全温度区间下锂电池组容量参数与温度之间的关系。
2、通过对不同温度下容量进行修正，采用传统的安时积分法估计SOC可获得更高的精度，并且算法简单易实现，便于工程应用。
3、在充电前，依据电池组静置时间对电池组SOC初值进行校准，解决安时积分法初值误差问题。
附图说明
图1为本发明锂电池组充电过程中的SOC校准及计算流程图；
图2为锂电池组容量与温度拟合关系图。
具体实施方式
下面对本发明涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明。在下面的详细描述中，图例附带的参考文字是这里的一个部分，它以举例说明本发明可能实行的特定具体方案的方式来说明。我们并不排除本发明还可以实行其它的具体方案和在不违背本发明的使用范围的情况下改变本发明的结构。
图1中显示了锂电池组充电过程中的SOC校准及计算流程图。首先，判断锂电池组是否处于充电过程中，如果不是充电过程中，而是处于放电过程，则直接通过安时积分法计算锂电池组的SOC。如果是充电过程，则继续通过BMS 判断锂电池组的静置时间，若静置时间大于或等于3小时，则进行SOC处置校准，即通过开路电压对锂电池组SOC初值进行校准；如果静置时间小于3小时，则不进行校准，SOC初值就是上次使用的估算出的SOC末值。然后，BMS测量在充电过程中的锂电池组平均温度，通过之前已经拟合好的容量和温度模型来对锂电池进行容量校准；最后，将SOC初值和修正校准后的容量代入安时积分法进行SOC的计算，得出当前时间的SOC值。
一些实施例中，判断锂电池或锂电池组是否处于充电过程中，可以通过BMS与充电机进行通信判断锂电池组是充电过程或放电过程；也可以测量一段时间内的电流值是否变化判断是否锂电池是充电过程或放电过程。当通过电流值来判断时，电流值在一段时间内保持不变，则为充电过程，否则为放电过程。
如图2所示，首先在恒温箱中对不同温度下锂电池组容量进行测量并多项式拟合，获取不同温度下锂电池容量情况，建立电池组的容量-温度模型。更为具体的,采用二次多项式来进行拟合,其拟合模型如下：
λC＝CT/C0＝aT2+bT+c
上式中，λC是容量温度补偿系数；CT为T温度下的锂电池容量；C0为20℃时的电池标称容量；a,b,c是拟合模型的常数，测量不同温度下电池组容量值，然后进行二次多项式拟合，得到a，b，c的值。用于拟合容量-温度模型的锂电池组的锂电池可以是初次使用的，也可以是实际在使用的，也就是说，锂电池是初次使用还是已经使用过的在拟合模型时对容量和温度的关系曲线没有影响。
当锂电池组在放电过程中，则直接采用安时积分法估计电池组SOC。
当锂电池组在充电过程中，在充电前首先BMS判断上次工作后的静置时间，若静置时间≥3小时，则认为电池静置已经完全，可认为电池组的端电压即为其开路电压，因此通过开路电压对锂电池组SOC初值进行校准。若静置时间＜3小时，则不校准，SOC初值为上次电池工作结束时的SOC末值。在SOC估计过程中，安时积分法通过SOC初值以及电流对时间的积分来估计电池当前的SOC，其原理如下：
式中SOC(0)为SOC初值；i(t)是t时刻锂电池的测量电流；η为库伦效率，通常取η＝1；SOC(t)是t时刻的瞬时荷电状态。
电池管理系统依据测得的当前电池组平均温度，结合上述拟合的容量-温度模型，获取容量温度补偿系数λC对电池组容量进行修正，并且在充电过程中依据安时积分法对电池组的SOC进行估计。
在本方法中电池管理系统通过对安时积分法中的关键参数SOC初值以及电池组容量进行了修正，因此可获得较高的SOC估计精度。

Claims (6)

1.一种充电过程中校准锂电池组SOC的方法，用于计算充电过程中锂电池组的SOC值，其中，具体步骤如下：
S1.锂电池组在开始使用前，对其容量与温度之间的关系进行测量与拟合，建立电池组的容量-温度模型，得出容量温度补偿系数λC；
S2.判断锂电池组处于充电过程或放电过程；
S3.若锂电池组处于充电过程中，先通过电池管理系统判断锂电池组上次工作后的静置时间；若静置时间≥3小时，通过开路电压对锂电池组SOC初值SOC(0)进行校准；若静置时间＜3小时，则不校准，SOC初值SOC(0)为上次电池组使用结束时SOC估计的末值；
S4.再通过电池管理系统测量锂电池组的平均温度T，结合步骤S1的容量温度补偿系数λC对锂电池组容量进行修正，得到CT；
S5.将SOC初值SOC(0)和修正后的锂电池组容量CT代入安时积分法计算锂电池组SOC，具体公式：
其中，i(t)是t时刻锂电池组的测量电流；η为库伦效率，通常取η＝1；SOC(t)是t时刻的瞬时荷电状态。
2.根据权利要求1所述的充电过程中校准锂电池组SOC的方法,其特征在于，根据步骤S2，若电池组处于放电过程中，依据安时积分法估算锂电池组SOC。
3.根据权利要求1所述的充电过程中校准锂电池组SOC的方法,其特征在于，步骤S1中根据容量-温度模型得出λC的计算公式：λC＝CT/C0＝aT2+bT+c，
其中，λC是容量温度补偿系数；CT为T温度下的锂电池组容量；C0为20℃时的电池组标称容量；a,b,c是拟合模型的常数，测量不同温度下电池组容量值，然后进行二次多项式拟合，得到a，b，c的值。
4.根据权利要求1或2或3所述的充电过程中校准锂电池组SOC的方法,其特征在于，步骤S4中CT＝λCC0。
5.根据权利要求1或3所述的充电过程中校准锂电池组SOC的方法,其特征在于，步骤S1中通过对不同温度下锂电池组容量进行测量并多项式拟合，获取不同温度下锂电池组容量，建立锂电池组的容量-温度模型；所述对不同温度的设定及容量测量在恒温箱中进行。
6.根据权利要求1或2所述的充电过程中校准锂电池SOC的方法,其特征在于，步骤S2中通过BMS与充电机进行通信判断锂电池组是充电过程或放电过程；或者测量一段时间内的电流值是否变化判断是否锂电池组是充电过程或放电过程。
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