CN109001639A - 电池的soc估算算法 - Google Patents

Abstract

一种电池的SOC估算算法，包括：获取电池的最大SOC值和最小SOC值，并根据所述最大SOC值和最小SOC值计算目标SOC值；获取SOC显示模块的当前SOC显示值并计算所述当前SOC显示值与所述目标SOC值的差值，并比较所述差值与预设的显示阈值；根据比较结果确定充放电过程中当前SOC显示值的更新速率，以保证显示的SOC值变化平稳，防止出现SOC显示值跳转的现象，提高用户体验。

Description

电池的SOC估算算法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种电池的SOC估算算法。

背景技术

SOC(即荷电状态，指蓄电池的剩余容量与其完全充满电状态时容量的比值)作为衡量电池组剩余电量的参数，对驾驶员有很重要的作用，如不能准确掌握电池的剩余电量，可造成电动汽车因没电而停止路途中的风险。为了准确的衡量电池组的剩余电量，目前一些技术领先的电池管理系统(BMS)，其中SOC(state of charge)又是BMS的核心技术。

电池的SOC估算算法由SOC计算、SOC修正、SOC显示三部分组成。SOC修正模块对SOC值进行修正后由SOC显示模块输出SOC显示值到VCU进行显示，现有技术中，SOC修正导致SOC显示值发生跳变现象，用户体验差。例如在充电过程中，满充修正导致SOC值突然跳变到100％，或汽车长时间静置后重新启动时，SOC显示值从静置前的50％跳转到70％，给用户带来不好的使用体验。

发明内容

鉴于上述状况，有必要针对现有技术中SOC显示值跳变导致用户体验差的问题，提供一种电池的SOC估算算法。

一种电池的SOC估算算法，包括：

获取电池的最大SOC值和最小SOC值，并根据所述最大SOC值和最小SOC值计算目标SOC值；

获取SOC显示模块的当前SOC显示值并计算所述当前SOC显示值与所述目标SOC值的差值，并比较所述差值与预设的显示阈值；

当ΔSOC≤|ΔS|时，将所述当前SOC显示值修改为所述目标SOC值；

当ΔSOC>ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+mΔS；

当ΔSOC<-ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+nΔS；

当ΔSOC>ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-nΔS；

当ΔSOC<-ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-mΔS，其中，ΔSOC为所述差值，ΔS为所述显示阈值，SOC(i+1)为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，m和n为常数且m小于n。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，所述目标SOC值的计算公式为：

DisSOC_target＝100*SOC_min/[100-(SOC_max-SOC_min)]；

其中，DisSOC_target为目标SOC值，SOC_max为最大SOC值，SOC_min为最小SOC值。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，所述显示阈值根据下式计算：

ΔS＝I*T_task/Cap，其中，I为电池电芯的电流，T_task表示任务的调度周期，Cap为电芯的标称容量。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，还包括：

当所述电池处于充电状态，且所述电池的电压大于或等于阈值电压并小于满充截止电压时，控制所述SOC显示模块进入电压跟随模式，所述电压跟随模式为所述SOC显示模块显示的SOC值跟随电池的电压而变化。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，所述SOC显示模块显示的SOC值计算公式为：

其中，为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，SOC_full为满充状态时的SOC显示值，V(i+1)为(i+1)时刻电池的电压，V(i)为i时刻电池的电压，V_full为满充截止电压。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，在电压跟随模式下，所述显示模块输出的SOC显示值的上限值为99％。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，m和n分别为0.5和2。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，其中，当汽车在静置预设的时间段后重新启动，且汽车满足第一预设条件时，所述获取电池的最大SOC值和最小SOC值的步骤包括：

根据电池的最高电芯电压和最低电芯电压查静态OCV曲线，得到最大SOC、最小SOC的修正值，并根据对所述电池的最大SOC值和最小SOC值进行修正；

获取修正后的所述最大SOC值和所述最小SOC值，其中，所述第一预设条件包括：

上电完成后1s内，且所述电池未上高压，根据RTC时间所计算的汽车下电大于1H；

所述电池的电压的有效性标志为1

电池系统最小温度大于阈值温度；

根据静态OCV曲线查到的SOC值与所述当前显示SOC值的差值大于2％。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，所述方法还包括当汽车满足第二预设条件时，将最大SOC值修正为100％，并将所述当前显示SOC值修正为100％，其中，所述第二预设条件包括：

所述电池处于充电状态；

所述电池的充电电流值小于0.1C；

电池的最高电芯电压大于或等于满充截止电压，且持续第一预设时间

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的充电电流的有效性标志为1。

进一步的，上述电池的SOC估算算法，还包括当汽车满足第三预设条件时，将最小SOC值修正为0％，并将所述当前显示SOC值修正为0％，其中，所述第一预设条件包括：

所述电池处于充电状态，放电电流小于1C，且大于2A；

所述电池的最低电芯电压小于或等于放电截止电压，且持续第二预设时间；

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的放电电流的有效性标志为1。

本发明实施例中，在充放电过程中，显示模块输出的SOC显示值可根据当前SOC显示值与目标SOC值的大小关系，确定当前SOC显示值的更新的速率，可以保证整车上显示的SOC平稳变化，防止出现SOC显示值跳转的现象，提高用户体验。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的电池的SOC估算算法的流程图；

图2为SOC估算算法架构；

图3为本发明第二实施例中的电池的SOC估算算法的流程图。

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，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

请参阅图1，为本发明第一实施例中的电池的SOC估算算法，该方法应用于电池的SOC估算系统中，该系统的架构如图2所示，该系统包括SOC计算模块、SOC修正模块和SOC显示模块，分别对电池的SOC进行计算、修正和显示。SOC计算模块接收输入的各种信号(如，电池包的最大电压、最小电压、最大SOC、最小SOC、电压有效性等)，并采用按时积分的方法进行计算电池包的最大SOC、最小SOC。同时修正模块对SOC值进行修正，SOC修正模块包括：满放修正、长时间下电修正和满充修正。其中，满放修正即是在放电过程中，电池到达满放时进行SOC修正；长时间下电修正即是汽车在长时间静置后重新启动时进行修正；满充修正即是在充电过程中电池达到满充时进行SOC修正。SOC显示模块用于输出SOC显示值，并发送到VCU进行显示。

该电池的SOC估算算法，包括步骤S11～S17。

步骤S11，获取电池的最大SOC值和最小SOC值，并根据所述最大SOC值和最小SOC值计算目标SOC值。

上电初始时刻，读取NVM中存储的最大SOC、最小SOC，作为本次充放电过程中最大SOC、最小SOC的初始值，其中，在计算出的最大SOC、最小SOC变化量超过1％时，使用变化后的值替换NVM中存储的对应的最大SOC、最小SOC。

输入的Pack(电池包)总电流I_pack除以电芯并联数paralNum可得到电芯的电流I_cell，再利用“安时积分”方法，计算最大SOC、最小SOC。具体的，最大SOC值计算公式如下：

SOC_max(i+1)＝SOC_max(i)+I_cell*T_task/Cap；

最小SOC值计算公式如下：

SOC_min(i+1)＝SOC_min(i)+I_cell*T_task/Cap。

其中，T_task为任务的调度周期，一般为100ms，Cap为电芯的标称容量。

由于电池充电、放大或SOC修正过程中，SOC值产生一定的变化，SOC显示模块输出的值也应随之变化。为了避免SOC显示模块输出的SOC值发生跳变，本实施例通过增加一个“目标SOC值”的方式，实现显示SOC的平稳变化。

其中，目标SOC值可根据最大SOC值和最小SOC值计算得到，即目标SOC值的计算公式为：

DisSOC_target＝100*SOC_min/[100-(SOC_max-SOC_min)]；

其中，DisSOC_target为目标SOC值，SOC_max为最大SOC值，SOC_min为最小SOC值。

步骤S12，获取SOC显示模块的当前SOC显示值并计算所述当前SOC显示值与所述目标SOC值的差值，并比较所述差值与预设的显示阈值。

当计算出目标SOC值后，计算SOC显示模块的当前SOC显示值，并计算二者的差值。将计算得到的差值与预设的显示阈值进行比较，以确定当前SOC显示值和显示阈值之间的差距。其中，显示阈值与电池的电流有关，即显示阈值ΔS为：

ΔS＝I*T_task/Cap，其中，I为电池电芯的电流，T_task表示任务的调度周期，Cap为电芯的标称容量。

步骤S13，当ΔSOC≤|ΔS|时，将所述当前SOC显示值修改为所述目标SOC值，其中，ΔSOC为所述差值，ΔS为所述显示阈值。

上述步骤中当当前SOC显示值与目标SOC值的差值在一定的范围内(-ΔS～ΔS)时，将SOC显示模块的输出当前显示SOC值修改为目标SOC值，保证SOC输出模块输出值的准确性。

步骤S14，当ΔSOC>ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+mΔS。其中，SOC(i+1)为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，m为常数。

在电池的充电过程中，且电池的电压小于阈值电压，当当前SOC显示值与目标SOC值的差值大于显示阈值时，则将SOC显示模块输出的SOC值以mΔS的幅度增加，直至SOC显示模块输出的当前SOC显示值与目标SOC值相同。具体实施时，m可根据实际情况进行设置，例如m可为0.5，即SOC(i+1)＝SOC(i)+0.5ΔS，SOC显示模块输出的显示SOC值以0.5ΔS的幅度逐渐增加，即保证SOC显示模块的输出值更新速度，同时提供良好的用户体验。

上述步骤中，在充电过程中，为了防止满充修正导致SOC显示值跳变到100％，在电池的电压达到阈值电压之前，显示模块输出的SOC逐渐增大至目标SOC值。其中，阈值电压小于电池的满充截止电压，例如，对于三元动力电池其满充截止电压为4.16V，其阈值电压可为4V。

步骤S15，当ΔSOC<-ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+nΔS。

在充电过程中，电池的电压小于阈值电压，且当当前SOC显示值与目标SOC值的差值小于-ΔS时，控制SOC显示模块输出的SOC值以nΔS的幅度逐渐增加直至等于目标SOC值。其中，n为大于m的常数，其数值可根据用户需求进行设置，例如可设置为2。即SOC(i+1)＝SOC(i)+2ΔS，SOC显示模块输出的SOC值以2ΔS的幅度逐渐增加。

在步骤S15中当前SOC显示值与目标SOC值的差距远大于步骤S14中的。因此，在步骤S15中SOC显示模块输出的SOC值的增加幅度大于步骤S14中的增加幅度。

步骤S16，当ΔSOC>ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-nΔS。

步骤S17，当ΔSOC<-ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-mΔS。

在电池的放电过程中，当当前SOC显示值与目标SOC值的差值大于ΔS时，控制SOC显示模块输出的SOC值以nΔS的幅度逐渐增加直至等于目标SOC值。当当前SOC显示值与目标SOC值的差值小于-ΔS时，控制SOC显示模块输出的SOC值以mΔS的幅度逐渐增加直至等于目标SOC值。其原理与充电过程基本相同，此处不予赘述。

进一步的，当汽车在静置预设的时间段后重新启动时(即长时间下电修正)需要对电池的SOC值进行修正。此时，修正SOC值后，步骤S11中获取的最大SOC值和最小SOC值为修正后的值。其中，长时间下电修正需满足第一预设条件：

上电完成后1s内，且所述电池未上高压(即汽车未进入Ready状态)，根据RTC时间所计算的汽车下电大于1H；

所述电池的电压的有效性标志为1；

电池系统最小温度大于阈值温度；

根据静态OCV曲线查到的SOC值与所述当前显示SOC值的差值大于2％。

具体的，上述获取电池的最大SOC值和最小SOC值的步骤包括：

根据电池的最高电芯电压和最低电芯电压查静态OCV曲线，得到最大SOC、最小SOC的修正值，并根据对所述电池的最大SOC值和最小SOC值进行修正；

获取修正后的所述最大SOC值和所述最小SOC值。

本实施例中，在充放电过程中，显示模块输出的SOC显示值可根据当前SOC显示值与目标SOC值的大小关系，确定当前SOC显示值的更新的速率，可以保证整车上显示的SOC平稳变化，防止出现SOC显示值跳转的现象，提高用户体验。

请参阅图3，为本发明第二实施例中的电池的SOC估算算法，在上述实施例的基础上，该SOC显示修正方法还包括步骤S21～S23。

步骤S21，当所述电池处于充电状态，且所述电池的电压大于或等于阈值电压并小于满充截止电压时，控制所述SOC显示模块进入电压跟随模式，所述电压跟随模式为所述SOC显示模块显示的SOC值跟随电池的电压而变化。

在充电过程中，电池的电压大于或等于阈值电压且小于满充截止电压时，控制电压进入电压跟随模式，即SOC显示模块显示输出的当前SOC显示值跟随电池的电压而变化。具体的，该SOC显示模块显示的SOC值计算公式为：

其中，为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，SOC_full为满充状态时的SOC显示值，V(i+1)为(i+1)时刻电池的电压，V(i)为i时刻电池的电压，V_full为满充截止电压。

在电压跟随模式下，显示模块输出的SOC显示值的上限值为99％。为了防止满充修正导致显示SOC跳变到100％，在电池的电压达到阈值电压(4.0V)后，SOC显示值跟随最大电压逐渐上升至99％，然后，在99％处等待满充修正将显示SOC修正为100％。

步骤S22，当汽车满足第二预设条件时，将最大SOC值修正为100％，并将所述当前显示SOC值修正为100％。其中，所述第二预设条件包括：

所述电池处于充电状态；

所述电池的充电电流值小于0.1C；

电池的最高电芯电压大于或等于满充截止电压，且持续第一预设时间

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的充电电流的有效性标志为1。

上述步骤中，在充电过程中，电池的电压达到满充截止电压(4.16V)后，并持续一段时间，且电池的电压和电流有效性标志均为1时，SOC显示值从99％修正为100％，同时停止充电，可以避免电池包过充。其中，第一预设时间可根据用户的需要进行设置，例如可设置为4s。该电池的电压及电流的有效性标志可从汽车的存储数据中获取。

步骤S23，当汽车满足第三预设条件时，将最小SOC值修正为0％，并将所述当前显示SOC值修正为0％。其中，所述第一预设条件包括：

所述电池处于充电状态，放电电流小于1C，且大于2A；

所述电池的最低电芯电压小于或等于放电截止电压，且持续第二预设时间；

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的放电电流的有效性标志为1。

上述步骤中，当在电池的放电过程中，电池达到放电截止电压(例如3V)后，并持续一段时间、且且电池的电压和电流有效性标志均为1时，将最小SOC值修正为0％，并将所述当前显示SOC值修正为0％，同时停止放电，可以避免电池包过放。其中，第一预设时间可根据实际需求进行设置，例如3s。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池的SOC估算算法，其特征在于，包括：

获取电池的最大SOC值和最小SOC值，并根据所述最大SOC值和最小SOC值计算目标SOC值；

获取SOC显示模块的当前SOC显示值并计算所述当前SOC显示值与所述目标SOC值的差值，并比较所述差值与预设的显示阈值；

当ΔSOC≤|ΔS|时，将所述当前SOC显示值修改为所述目标SOC值；

当ΔSOC>ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+mΔS；

当ΔSOC<-ΔS、所述电池为充电状态，且所述电池的电压小于阈值电压时，SOC(i+1)＝SOC(i)+nΔS；

当ΔSOC>ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-nΔS；

当ΔSOC<-ΔS，且所述电池为放电状态时，SOC(i+1)＝SOC(i)-mΔS，其中，ΔSOC为所述差值，ΔS为所述显示阈值，SOC(i+1)为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，m和n为常数且m小于n。

2.如权利要求1所述的电池的SOC估算算法，其特征在于，所述目标SOC值的计算公式为：

DisSOC_target＝100*SOC_min/[100-(SOC_max-SOC_min)]；

其中，DisSOC_target为目标SOC值，SOC_max为最大SOC值，SOC_min为最小SOC值。

3.如权利要求1所述的电池的SOC显示修正方法，其特征在于，所述显示阈值根据下式计算：

ΔS＝I*T_task/Cap，其中，I为电池电芯的电流，T_task表示任务的调度周期，Cap为电芯的标称容量。

4.如权利要求1所述的电池的SOC显示修正方法，其特征在于，还包括：

当所述电池处于充电状态，且所述电池的电压大于或等于阈值电压并小于满充截止电压时，控制所述SOC显示模块进入电压跟随模式，所述电压跟随模式为所述SOC显示模块显示的SOC值跟随电池的电压而变化。

5.如权利要求4所述的电池的SOC显示修正方法，其特征在于，所述SOC显示模块显示的SOC值计算公式为：

其中，为所述SOC显示模块i+1时刻的SOC显示值，SOC(i)为i时刻的SOC显示值，SOC_full为满充状态时的SOC显示值，V(i+1)为(i+1)时刻电池的电压，V(i)为i时刻电池的电压，V_full为满充截止电压。

6.如权利要求4所述的电池的SOC显示修正方法，其特征在于，

电压跟随模式下，所述显示模块输出的SOC显示值的上限值为99％。

7.如权利要求1所述的电池的SOC估算算法，其特征在于，m和n分别为0.5和2。

8.如权利要求1所述的电池的SOC估算算法，其特征在于，当汽车在静置预设的时间段后重新启动，且汽车满足第一预设条件时，所述获取电池的最大SOC值和最小SOC值的步骤包括：

根据电池的最高电芯电压和最低电芯电压查静态OCV曲线，得到最大SOC、最小SOC的修正值，并根据对所述电池的最大SOC值和最小SOC值进行修正；

获取修正后的所述最大SOC值和所述最小SOC值，其中，所述第一预设条件包括：

上电完成后1s内，且所述电池未上高压，根据RTC时间所计算的汽车下电大于1H；

所述电池的电压的有效性标志为1

电池系统最小温度大于阈值温度；

根据静态OCV曲线查到的SOC值与所述当前显示SOC值的差值大于2％。

9.如权利要求1所述的电池的SOC估算算法，其特征在于，所述方法还包括当汽车满足第二预设条件时，将最大SOC值修正为100％，并将所述当前显示SOC值修正为100％，其中，所述第二预设条件包括：

所述电池处于充电状态；

所述电池的充电电流值小于0.1C；

电池的最高电芯电压大于或等于满充截止电压，且持续第一预设时间

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的充电电流的有效性标志为1。

10.如权利要求1所述的电池的SOC估算算法，其特征在于，所述方法还包括当汽车满足第三预设条件时，将最小SOC值修正为0％，并将所述当前显示SOC值修正为0％，其中，所述第一预设条件包括：

所述电池处于充电状态，放电电流小于1C，且大于2A；

所述电池的最低电芯电压小于或等于放电截止电压，且持续第二预设时间；

所述电池的电压的有效性标志为1；

所述电池的放电电流的有效性标志为1。