CN107817448B - 一种适用于复杂工况的在线实时监测电池电量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池管理技术领域，提供了一种适用于复杂工况的在线实时监测电池电量的方法，该方法包括S1：获取静态电池单体电压和荷电状态的初始值；S2：获取充电结束瞬间或放电结束瞬间到电压恢复稳定的电池单体的电压修正因子；S3：获取不同温度下电池单体的温度修正因子；S4：获取不同工况下电池单体的电流修正因子；S5：分别根据由所述电压修正因子、温度修正因子和电流修正因子综合获得的SOC值以及所述初始值，对所述SOC值进行有效性判断，获取有效的SOC修正值。本发明具有以下几个方面的优点：(1)能够快速准确地诊断电池SOC状态；(2)能够实时监测车辆在复杂路况下的电池信息；(3)适用温度宽泛；(4)修正数据误差小、准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，更具体地说，涉及一种适用于复杂工况在线实时监测电池电量的方法。
背景技术
荷电状态(State Of Charge，SOC)是指剩余电量与电池总容量的比，通常把一定温度下电池充电到不能再吸收能量时的电量状态定义为SOC＝100％，而将电池不能再放出电量的电量状态定义为SOC＝0％。
当前的SOC值只是针对实时的安时积分进行计算，即计算一定时间内电流与时间的积，得出变化的安时量(DELTA_AH＝I*t)，如果是放出安时为DELTA_AH，设电池原有的总安时为SUM_AH,放电后得出其SOC＝(SUM_AH-DELTA_AH)/SUM_AH)*100％，但因其电流“I”的计算总是存在误差，造成在计算过程中产生了一定的累积误差，使用一段时间后，不能准确反映当前电池组的实际容量，给使用者造成错觉，当电池已经没有能量时，仍没有进行有效的提醒。
目前，相关技术中的SOC值估算方法有开路电压法、安时积分法等。对于开路电压法来说，需要电池静置至少2h以上，才能用此电压来估算电池单体的SOC值，所以很难做到实时在线估算。对于安时积分法来说，由于存在误差的累积效应，随着使用时间越来越长，误差会逐渐增大，同时，此方法受初始SOC值影响较大，也无法很好的在线估算。对于不同的电池系统，不同工况的充放电电流都会使开路电压值(OCV)偏离平衡的时间有误差，导致电池SOC值估算误差大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不同电池系统在不同工况的充放电电流都会使开路电压值偏离平衡的时间有误差，导致电池SOC值估算误差大的以及难以做到在线实时监测电池电量的缺陷，提供一种适用于复杂工况的在线实时监测电池电量的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于复杂工况的在线实时监测电池电量的方法。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，该方法包括以下步骤：
S1：获取静态电池单体电压和荷电状态的初始值，
S2：获取充电结束瞬间或放电结束瞬间到电压恢复稳定的电池单体的电压修正因子，所述电压修正因子用于实时精确估算电池单体在充电阶段和放电阶段的SOC值；
S3：获取不同温度下电池单体的温度修正因子，所述温度修正因子用于实时精确估算电池单体工作在不同温度下的SOC值；
S4：获取不同工况下电池单体的电流修正因子，所述电流修正因子用于实时精确估算电池单体在不同工况下的SOC值；
S5：分别根据由所述电压修正因子、温度修正因子和电流修正因子综合获得的SOC值以及所述初始值，对所述SOC值进行有效性判断，获取有效的SOC修正值。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述SOC修正值为电池单体的当前SOC值。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述电压修正因子是根据充电结束瞬间或放电结束瞬间到电压恢复稳定的电池单体的SOC-OCV曲线数据获得的。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述温度修正因子是根据电池单体工作在指定温度范围内电池单体的SOC-OCV曲线数据得到的，所述温度范围为零下20℃-零上55℃。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述电流修正因子是根据电池单体工作在不同工况下通过指定电流范围内充电或放电时电池单体的SOC-OCV曲线数据得到的，所述电流范围为0-1000A。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述电池单体的SOC-OCV曲线数据为每隔1％-5％SOC值的SOC-OCV数据，用于保证所述SOC值的估算误差在0％-5％之内。
在本发明所述的在线实时监测电池电量的方法中，所述电池单体的SOC-OCV曲线数据为常规的基准SOC-OCV曲线数据。
优选地，基于钛酸锂电池本身的特性，在高压放电后的电池单体的瞬时电压可以在几分钟内上升到一个稳定值，而开路电压值与该电池单体的瞬时电压的稳定值几乎相等，因此采用放电后的电池单体的瞬时电压的稳定值可以等值于电池单体的放电后的电压值，即可获得该有效的SOC修正值，该有效的SOC修正值为电池单体的当前SOC值。
实施本发明的在线实时监测电池电量的方法，具有以下有益效果：通过电池单体充电或放电末期到电压稳定区间内的修正因子的获得，可以实时监测当前电池单体的SOC值；根据电池单体的电压和电量(SOC-OCV)的状态曲线数据，并采用多个步骤修正SOC值，从而可根据不同的温度环境、工况实时修正电池的SOC值，使得SOC值更加真实、精度更高，保证了电池管理系统数据的准确性，能够实时监测车辆在复杂路况下的电池信息，修正数据误差小、准确度高，也提高了车辆运行过程中电池的稳定与可预测性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明在线实时监测电池电量的方法的一个实施例的流程示意图；
图2是本发明在线实时监测电池电量的方法的综合实施例算法实时监测车辆在运行过程中的电池的SOC-OCV曲线图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，在本发明的在线实时监测电池电量的方法的一个实施例中，该方法包括：
步骤S1：获取静态电池单体电压和SOC(荷电状态)的初始值；获得电池单体的SOC-OCV状态曲线。
优选地，静态下的初始值为相当准确的电池电量，相当于一个初始基准；
根据该状态曲线得到电池单体的SOC-OCV数据，该数据为每隔1％-5％SOC值的SOC-OCV数据，用于保证电池单体的SOC值的估算误差在0％-5％之内。
电池单体在工作时，通常由于温度、电流等不同因素限制，和基准同一电量时，电池内部的平衡会稍微不一样，所以对应的电池单体的开路电压值(OCV)也会稍有偏差，软件会根据不同条件下测得的SOC-OCV数据来校正由于这些因素导致的不一致，从而得到一个相对准确的电池电量，由软件根据输进去的SOC-OCV数据自动优化，软件根据实验得到的SOC-OCV数据，自动对基准SOC-OCV数据进行匹配分析，会自动校正基准SOC-OCV数据，从而得到此状态下的实时电量。
步骤S2：获取充电结束瞬间或放电结束瞬间到电压恢复稳定的电池单体的电压修正因子；
优选地，根据电池单体放电或充电结束瞬间到单体电压恢复稳定的SOC-OCV数据，该SOC-OCV数据为每隔5％SOC的SOC-OCV数据，从电池单体放电或充电结束瞬间到单体电压恢复稳定的SOC-OCV数据获得实时电池单体的电压校正因子，可以实时精确估算电池在充、放电阶段的SOC值。电池充放电结束时，电池单体电压要恢复平衡，从放电结束到恢复平衡的数据，恢复平衡后的数据为该SOC-OCV数据。
步骤S3：获取不同温度下电池单体的温度修正因子；
优选地，该温度范围为零下20℃-零上55℃，根据该温度范围内的电池单体的SOC-OCV曲线数据，获取电池单体的温度修正因子，可以实时精确估算电池工作在不同温度下的SOC值；
优选地，根据45℃的电池单体SOC-OCV曲线数据，获得电池单体的温度校正因子，该SOC-OCV数据为每隔5％SOC的SOC-OCV数据，从电芯放电或充电结束瞬间到电池单体电压恢复稳定的SOC-OCV数据获得实时电池单体电压与温度的校正因子，可以实时在线监测电池的SOC值。
步骤S4：获取不同工况下电池单体的电流修正因子；
所述电流修正因子是根据电池单体工作在不同工况下通过指定电流范围内充电或放电时电池单体的SOC-OCV曲线数据得到的，所述电流范围为0-1000A。该电流修正因子用于实时精确估算电池单体在不同工况下的SOC值；
优选地，根据不同工况下的电池单体充放电时的电池单体的SOC-OCV数据，该SOC-OCV数据为每隔5％SOC的SOC-OCV数据，从电池单体放电或充电结束瞬间到单体电压恢复稳定数据获得实时单体电压与充放电电流的校正因子可以得到120A和30A充放电时开路电压值(OCV)偏离实际SOC值的校正因子，从而可以实现电池在不同工况下的实时电池单体的SOC值的精确估算；
可以理解的，30A为1C放电电流，120A为4C放电电流，小电流放电和大电流放电到同一电量时，电池的本身内部平衡是不一样的，所以通过对电池大电流、小电流的充放电研究实验数据，软件会对基准SOC-OCV数据进行优化，从而能更加精确估算当前电池单体的SOC值。
步骤S5：分别根据由电压、温度、电流修正因子综合获得的SOC值以及所述初始值，对该SOC值进行有效性判断，从而获得有效的SOC值；
优选地，综合由电压、温度、电流获得电池车辆工作在不同温度范围、不同工况下的SOC值的实时精确估算；基于钛酸锂电池本身的特性，在高压放电后的电池单体的瞬时电压可以在几分钟内上升到一个稳定值，而开路电压值(OCV)电压是需要静置1h才能得出，这两个值之间几乎是相等的，即该开路电压值(OCV)与该电池单体的瞬时电压的稳定值几乎是相等的，因此采用放电后的电池单体的瞬时电压的稳定值可以等值于放电后的开路电压值(OCV)，从而对该SOC值进行有效性判断，获取该有效的SOC修正值，该SOC修正值即为当前SOC值。
本发明通过电池单体充电或放电末期到电压稳定区间内的修正因子的获得，可以实时监测当前电池的SOC状态；根据电池单体的SOC-OCV的状态曲线，并采用多个步骤修正SOC值，可根据不同的温度环境、工况实时修正电池的SOC值，使得SOC值更加真实、精度更高，能够快速准确诊断电池SOC状态；能够实时监测车辆在复杂路况下的电池信息；并且本发明适用温度宽泛、修正数据误差小、准确度高，保证了电池管理系统数据的准确性。
在图2示出的综合实施例算法实时监测车辆在运行过程中的电池单体的SOC曲线图中，该SOC曲线图为东风DF45E新能源矿车在实际矿区运行的50分钟时间内的实际放电和能量回收充电，两条曲线分别代表放电电流和修正SOC值的变化情况，横坐标为时间0-50分钟内，左边纵坐标为电流的值，右边纵坐标为电量SOC值，在本实施例中，采用修正SOC值的数据曲线来反映出实际SOC值的变化情况，能够更加快速地得出电池的SOC值，保证了电池管理系统数据的准确性，也提高了车辆运行过程中电池的稳定与可预测性。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种适用于复杂工况的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：获取静态电池单体电压和荷电状态的基准初始值；
S2：根据充电结束瞬间或放电结束瞬间到电压恢复稳定的电池单体的SOC-OCV曲线数据，获取电压修正因子，所述电压修正因子用于实时精确估算电池单体在充电阶段和放电阶段的SOC值；
S3：根据在指定温度范围内电池单体的SOC-OCV曲线数据，获取不同温度下电池单体的温度修正因子，所述温度修正因子用于实时精确估算电池单体工作在不同温度范围时的SOC值；所述温度修正因子为电压与温度的修正因子；
S4：根据在不同工况下通过指定电流范围内充电或放电时电池单体的SOC-OCV曲线数据，获取不同工况下电池单体的电流修正因子，所述电流修正因子用于实时精确估算电池单体工作在不同工况下的SOC值；所述电流修正因子为电压与电流的修正因子；
S5：分别根据由所述电压修正因子、温度修正因子和电流修正因子综合获得的SOC值以及所述初始值，对所述SOC值进行有效性判断，获取有效的SOC修正值。
2.根据权利要求1所述的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，所述SOC修正值为电池单体的当前SOC值。
3.根据权利要求1所述的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，所述温度范围为零下20℃-零上55℃。
4.根据权利要求1所述的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，所述电流范围为0-1000A。
5.根据权利要求1所述的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，所述电池单体的SOC-OCV曲线数据为每隔1％-5％SOC值的电池单体的SOC-OCV曲线数据，用于保证所述SOC值的估算误差在0％-5％之内。
6.根据权利要求5所述的在线实时监测电池电量的方法，其特征在于，所述电池单体的SOC-OCV曲线数据为常规的基准SOC-OCV曲线数据。
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