CN107167738A - 一种基于ocv‑soc曲线特征的动力电池soc估算的修正方法及装置 - Google Patents

一种基于ocv‑soc曲线特征的动力电池soc估算的修正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于OCV‑SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法及装置，修正方法主要包括开机修正和动态修正两个部分，开机修正根据开机平均电压位于OCV‑SOC曲线的平台区、非平台区、过渡区的范围结合实际经验修正系数SOC估算，动态修正则是在较低的充放电电流、较长的持续时间条件下，电池单体平均电压较高或较低或当前估算上报SOC值与OCV查表的SOC值差别较大时进行相应的修正，同时SOC估算装置主要包含从板的采集模块、高压板的判断模块和主板的策略及执行模块设计。该方法及装置增加了SOC的修正机会，提高了SOC的估算精度，对动力电池的SOC估算有现实意义。

Description

一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法及 装置
技术领域
本发明涉及动力电池的研究领域，特别涉及一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法及装置。
背景技术
在电动汽车用锂动力电池管理系统中，电池荷电状态(SOC)的估算是电池管理系统的核心内容。SOC估算准确与否，将直接影响到电池管理系统的决策，精确的SOC估计能够改善电池性能，提高电池可靠性，延长电池使用寿命，并为电动汽车整车控制提供依据，而且精确的SOC估算还能为驾驶员提供准确的续航里程信息，因此如何准确估计SOC是电池管理系统的关键技术之一。
SOC的估算与电池的开路电压、充放电电流、蓄电池内阻、电解液温度、自放电及电池的循环寿命等参数有关，且呈现较强的非线性。目前国内外在对电池的SOC的准确估算方面已做了大量研究，但实际管理系统中由于电池管理系统硬件条件的限制，常用的方法仍然是简单有效的开路积分法和安时积分法相结合。开路电压法需要电池静置足够长的时间，同时SOC值随开路电压变化明显，且无法在线估算，而安时积分法则初值无法确定且存在传感器的累积误差。因此对动力电池SOC估算进行必要的修正就十分必要。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法及装置，增加SOC的开机修正机会，提高SOC的估算精度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，是基于锂离子电池OCV-SOC曲线特征的平台区、非平台区、过渡区的划分来进行SOC值的修正，所述SOC修正方法包括开机修正和动态修正两个步骤：
所述开机修正包括下述步骤：
(1)利用BMS时钟芯片记录的相对时间差，判断本次开机与前次关机的间隔时间T，以判断电池是否经过足够的静止时间，去除悬浮电压；
(2)获得当前的开机电压平均值cell_avrg及当前估算上报的SOC值SOC_0；
(3)根据电芯放电截止后，开路电压回弹速率设置两个时间节点T1和T2；
(4)判断静置时间T是否超过T1，如若超过，执行步骤(5)；如若未超过T1但超过T2，执行步骤(6)，如若未超过T2，则不进行SOC修正；
(5)判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足过渡区，如若满足，采用某一加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足，采用另一加权系数修正电池的荷电状态SOC值；
(6)判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足非平台区电压条件，如若满足，采用加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足不进行SOC开机修正；
所述动态修正包括下述步骤：
(7)获取当前状态下的充放电电流值I、持续时间t、电池单体平均电压Cell_V、当前估算上报的SOC值SOC_0等参数信息；
(8)判断当前充放电电流是否小于I1，持续时间是否小于t1，若满足同时进入步骤(9)、(12)，如若不满足不进行动态修正；
(9)判断当前放电电流是否小于I2，持续时间是否小于t2，如若满足进入步骤(10)，如果不满足不进行动态修正；
(10)判断电池单体的平均电压Cell_V是否位于非平台区电压范围，即电压范围较高或较低，如若满足查表获得SOC_1，采用加权系数修正SOC，如若不满足进入步骤(11)；
(11)查表获取SOC_1，将当前估算上报SOC值与OCV查表的SOC值进行对比，差别大于20％，加权修正；差别小于20％，依照OCV查表直接标定，不进行修正；
(12)判断充放电是否低于I3，持续时间是否低于t3，如若满足进入步骤(13)；
(13)将电池单体平均电压与各特征电压值比较判断进行SOC值修正，如若满足进行相应动态修正，如若不满足不进行修正。
作为优选的技术方案，对于动力电池的过渡区和非平台区电压采用不同的经验修正系数对其进行SOC的开机修正，如若开机电压位于平台区，则不进行修正。
作为优选的技术方案，步骤(5)中，
判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足过渡区电压条件的方法是：
BMS从板采集电池开机电压，计算开机电压平均值cell_avrg，如若开机平均电压cell_avrg<3.29V或cell_avrg>3.329时，则认为此时开机电压满足过渡区电压条件，此时SOC＝0.8*SOC_1+0.2*SOC_0；如若不满足，则SOC＝0.2*SOC_1+0.8*SOC_0。
作为优选的技术方案，步骤(6)中，
判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足非平台区电压条件的方法是：
BMS从板采集电池开机电压，计算开机电压平均值cell_avrg，如若开机平均电压cell_avrg<3.24V或cell_avrg>3.34时，则认为此时开机电压满足非平台区电压条件，此时SOC＝0.8*SOC_1+0.2*SOC_0；如若不满足，则不进行SOC开机修正。
作为优选的技术方案，步骤(13)中，所述的电池单体平均电压与各特征电压值比较判断的SOC值的修正策略为：
如果电池单体平均电压大于3.40v小于3.45v，同时SOC值小于70％，此时将SOC值修正为73％；如果电池单体平均电压大于3.45v，同时SOC值小于75％，此时将SOC值修正为77％；如果电池单体平均电压大于3.10v小于3.4v，同时SOC值大于30％，此时将SOC值修正为25％；如果电池单体平均电压大于3.0v小于3.1v，同时SOC值大于23％，此时将SOC值修正为18％；如果电池单体平均电压小于3.0v，同时SOC值大于15％，此时将SOC值修正为10％。
本发明还提供了一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正装置，包括：BMS主板、BMS高压板、多个BMS从板以及MSD手动维修开关，所述BMS主板与BMS高压板连接，所述多个BMS从板一端连接在BMS主板与BMS高压板之间，另一端连接在MSD是手动维修开关上；
所述BMS主板用于实现BMS策略运算和执行功能，所述BMS从板用于实现各种信号的采集功能，所述BMS高压板用于实现应用层软件的功能设计，三者之间通过CAN总线通信协议进行信息交流。
作为优选的技术方案，所述BMS从板设置有信息采集模块，主要获取电池的电流、电压、温度、以及当前估算上报的SOC值的参数信息；所述BMS高压板设计开机修正和动态修正的判断模块，根据BMS从板提供的相关信息实现相应的开机修正和动态修正的软件控制策略，BMS主板设置开机修正和动态修正的执行模块，根据BMS高压板的控制决策执行相应的选择策略或修正策略。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明增加了SOC的修正机会，提高了SOC的估算精度，在开机修正与动态修正过程中可将SOC值修正到趋于合理值的一个区间。
2、本发明采用了OCV-SOC查表与开机估计上报SOC相结合的方法，基于采集到的不同的电压、电流以及SOC值，采用不同的经验参数对其进行SOC修正的技术方案，解决了SOC在线估算时间长、估算精度差的问题，具备控制方案简单、在线估算时间短、估算精度高的效果。
3、本发明将信号的采集、估算与执行嵌入至BMS的主板、从板和高压板中，具备结构简单、集中化程度高、计算精度高的效果。
附图说明
图1为本发明开机修正的策略图；
图2为本发明OCV-SOC曲线图；
图3为本发明动态修正的策略图；
图4为本发明动力电池SOC修正装置。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明修正方法分为开机修正和动态修正两部分，具体实施方式分别如图1、图3所示，其原理是基于OCV-SOC曲线特征进行修正。其中开机修正的方法为：
S1、利用BMS时钟芯片记录的相对时间差，判断本次开机与前次关机的间隔时间T，以判断电池是否经过足够的静止时间，去除悬浮电压；
S2、获取当前的开机电压平均值cell_avrg、当前估算上报SOC值SOC_0及查表获得的SOC值SOC_1；
S3、根据电芯放电截止后，开路电压回弹速率设置两个时间节点T1和T2；
静止时间T不同，对应的电压值及SOC值也不同，本发明将T1和T2分别取值为2小时和10分钟。其是根据电芯放电截止后，开路电压回弹速率来选择的。试验结果表明，充放电结束后，静置2小时后，开路电压与静置2小时的差别不大，而静置10分钟后，与静置2小时的开路电压值接近；
S4、判断间隔时间T是否超过T1，如若超过，执行步骤S6；如若未超过T1但超过T2,执行步骤S7，如若未超过T2，则不进行SOC开机修正；
S5、动力电池OCV-SOC曲线如图2所示，根据OCV-SOC曲线中各区域的斜率大小，在OCV-SOC曲线上设置4个特征点A、B、C、D，这四个点将OCV-SOC曲线划分为平台区、非平台区和过渡区。非平台区位于OCV-SOC曲线两端，A点(SOC15％,OCV3.24V)和D点(SOC90％,OCV3.34V)之外；平台区为B(SOC40％,OCV3.29V)、C(SOC70％,OCV3.329V)之间，其余是过渡区，平台区的电压范围是通过经验以及OCV对SOC曲线的斜率确定的；
S6、判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足过渡区电压条件，如若满足，采用某一加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足，采用另一加权系数修正电池的荷电状态SOC值；
S7、判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足非平台区电压条件，如若满足，采用加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足，不进行修正；
步骤S6、S7中加权比例选择0.8和0.2，其仅是经验参数；
在对动力电池进行开机修正之后，电池充放电时进行一定的动态修正，可使剩余充电更加准确，提高电池SOC的估算精度。
除了与开机修正类似的要点外，动态修正的差别主要有：
(1)只有在很小充放电电流，并且持续一段时间的前提下，才允许进行动态修正；
(2)只有在电池单体平均电压值较高或较低时(具体电压值请参考图3)才进行修正；
(3)将当前估算上报SOC值与OCV查表的SOC值进行对比，差别大于20％时，加权修正；差别小于20％时，依照OCV查表直接标定不进行修正。
动态修正的主要步骤有：
S8、获取当前状态下的充放电电流值I、持续时间t、电池单体平均电压Cell_V、当前估算上报的SOC值SOC_0等参数数据；
S9、判断当前充放电电流是否小于I1，持续时间是否小于t1，如若满足同时进入步骤S10、S13，如若不满足不进行动态修正；
设置充放电电流I1为10A，持续时间t1为30s用于判断当前电流I是否满足小充放电电流并充放电一定时间条件；
S10、判断当前放电电流是否小于I2，持续时间是否小于t2，如若满足进入步骤S11，如若不满足不进行修正；
设置放电电流I2为3A，持续时间t2为10s进一步判断当前充放电电流是否满足小充放电电流并充放电一定时间条件；
S11、判断电池单体的平均电压Cell_V是否位于非平台区电压范围，即电压范围较高或较低，如若满足查表获得SOC_1，采用加权系数修正SOC，如若不满足进入步骤S12；
S12、查表获取SOC_1，将当前估算上报SOC值与OCV查表的SOC值进行对比，差别大于20％时，加权修正；差别小于20％时，依照OCV查表直接标定，不进行修正；
S13、判断充放电电流是否低于I3，持续时间是否低于t3，如若满足进入步骤S14；
设置充放电电流I3为1C，持续时间t3为5s，进一步判断是否满足小充放电电流、充放电一定时间条件；
S14、将电池单体平均电压与各特征电压值比较判断进行SOC值修正，如若满足进行相应动态修正，如若不满足不进行修正。
优选的，所述的电池单体电压与各特征点的电压值的比较判决与SOC值的修正策略为：
如果电池单体平均电压大于3.40v小于3.45v，同时SOC值小于70％，此时将SOC值修正为73％；如果电池单体平均电压大于3.45v，同时SOC值小于75％，此时将SOC值修正为77％；如果电池单体平均电压大于3.10v小于3.4v，同时SOC值大于30％，此时将SOC值修正为25％；如果电池单体平均电压大于3.0v小于3.1v，同时SOC值大于23％，此时将SOC值修正为18％；如果电池单体平均电压小于3.0v，同时SOC值大于15％，此时将SOC值修正为10％。
如图4所示，本发明另外还提出了一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正装置，包括：BMS主板、BMS高压板、多个BMS从板以及MSD手动维修开关，所述BMS主板与BMS高压板连接，所述多个BMS从板一端连接在BMS主板与BMS高压板之间，另一端连接在MSD是手动维修开关上；
所述BMS主板用于实现BMS策略运算和执行功能，所述BMS从板用于实现各种信号的采集功能，所述BMS高压板用于实现应用层软件的功能设计，三者之间通过CAN总线通信协议进行信息交流。
所述BMS从板设置有信息采集模块，主要获取电池的电流、电压、温度、以及当前估算上报的SOC值的参数信息；所述BMS高压板设计开机修正和动态修正的判断模块，根据BMS从板提供的相关信息实现相应的开机修正和动态修正的软件控制策略，BMS主板设置开机修正和动态修正的执行模块，根据BMS高压板的控制决策执行相应的选择策略或修正策略。
本发明提供的方法及装置简单实用，增加了SOC的开机修正机会，提高了SOC的估算精度，在开机修正与动态修正过程中可将SOC值修正到趋于合理值的一个区间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，其特征在于，是基于锂离子电池OCV-SOC曲线特征的平台区、非平台区、过渡区的划分来进行SOC值的修正，所述SOC修正方法包括开机修正和动态修正两个步骤：
所述开机修正包括下述步骤：
(1)利用BMS时钟芯片记录的相对时间差，判断本次开机与前次关机的间隔时间T，以判断电池是否经过足够的静止时间，去除悬浮电压；
(2)获得当前的开机电压平均值cell_avrg及当前估算上报的SOC值SOC_0；
(3)根据电芯放电截止后，开路电压回弹速率设置两个时间节点T1和T2；
(4)判断静置时间T是否超过T1，如若超过，执行步骤(5)；如若未超过T1但超过T2，执行步骤(6)，如若未超过T2，则不进行SOC修正；
(5)判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足过渡区，如若满足，采用某一加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足，采用另一加权系数修正电池的荷电状态SOC值；
(6)判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足非平台区电压条件，如若满足，采用加权系数修正电池的荷电状态SOC值，如若不满足不进行SOC开机修正；
所述动态修正包括下述步骤：
(7)获取当前状态下的充放电电流值I、持续时间t、电池单体平均电压Cell_V、当前估算上报的SOC值SOC_0等参数信息；
(8)判断当前充放电电流是否小于I1，持续时间是否小于t1，若满足同时进入步骤(9)、(12)，如若不满足不进行动态修正；
(9)判断当前放电电流是否小于I2，持续时间是否小于t2，如若满足进入步骤(10)，如果不满足不进行动态修正；
(10)判断电池单体的平均电压Cell_V是否位于非平台区电压范围，即电压范围较高或较低，如若满足查表获得SOC_1，采用加权系数修正SOC，如若不满足进入步骤(11)；
(11)查表获取SOC_1，将当前估算上报SOC值与OCV查表的SOC值进行对比，差别大于20％，加权修正；差别小于20％，依照OCV查表直接标定，不进行修正；
(12)判断充放电是否低于I3，持续时间是否低于t3，如若满足进入步骤(13)；
(13)将电池单体平均电压与各特征电压值比较判断进行SOC值修正，如若满足进行相应动态修正，如若不满足不进行修正。
2.根据权利要求1所述基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，其特征在于，对于动力电池的过渡区和非平台区电压采用不同的经验修正系数对其进行SOC的开机修正，如若开机电压位于平台区，则不进行修正。
3.根据权利要求1所述基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，其特征在于，步骤(5)中，
判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足过渡区电压条件的方法是：
BMS从板采集电池开机电压，计算开机电压平均值cell_avrg，如若开机平均电压cell_avrg<3.29V或cell_avrg>3.329时，则认为此时开机电压满足过渡区电压条件，此时SOC＝0.8*SOC_1+0.2*SOC_0；如若不满足，则SOC＝0.2*SOC_1+0.8*SOC_0。
4.根据权利要求1所述基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，其特征在于，步骤(6)中，
判断当前获得的开机平均电压cell_avrg是否满足非平台区电压条件的方法是：
BMS从板采集电池开机电压，计算开机电压平均值cell_avrg，如若开机平均电压cell_avrg<3.24V或cell_avrg>3.34时，则认为此时开机电压满足非平台区电压条件，此时SOC＝0.8*SOC_1+0.2*SOC_0；如若不满足，则不进行SOC开机修正。
5.根据权利要求1所述基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正方法，其特征在于，步骤(13)中，所述的电池单体平均电压与各特征电压值比较判断的SOC值的修正策略为：
如果电池单体平均电压大于3.40v小于3.45v，同时SOC值小于70％，此时将SOC值修正为73％；如果电池单体平均电压大于3.45v，同时SOC值小于75％，此时将SOC值修正为77％；如果电池单体平均电压大于3.10v小于3.4v，同时SOC值大于30％，此时将SOC值修正为25％；如果电池单体平均电压大于3.0v小于3.1v，同时SOC值大于23％，此时将SOC值修正为18％；如果电池单体平均电压小于3.0v，同时SOC值大于15％，此时将SOC值修正为10％。
6.一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正装置，其特征在于，包括：BMS主板、BMS高压板、多个BMS从板以及MSD手动维修开关，所述BMS主板与BMS高压板连接，所述多个BMS从板一端连接在BMS主板与BMS高压板之间，另一端连接在MSD是手动维修开关上；
所述BMS主板用于实现BMS策略运算和执行功能，所述BMS从板用于实现各种信号的采集功能，所述BMS高压板用于实现应用层软件的功能设计，三者之间通过CAN总线通信协议进行信息交流。
7.根据权利要求6所述的一种基于OCV-SOC曲线特征的动力电池SOC估算的修正装置，其特征在于，所述BMS从板设置有信息采集模块，主要获取电池的电流、电压、温度、以及当前估算上报的SOC值的参数信息；所述BMS高压板设计开机修正和动态修正的判断模块，根据BMS从板提供的相关信息实现相应的开机修正和动态修正的软件控制策略，BMS主板设置开机修正和动态修正的执行模块，根据BMS高压板的控制决策执行相应的选择策略或修正策略。
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