CN109143102B - 一种安时积分估算锂电池soc方法 - Google Patents

一种安时积分估算锂电池soc方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种安时积分估算锂电池SOC方法，S1、打开电池管理系统BMS,根据给电池充电的充电枪的连接状态，判断锂电池是处于充电状态还是放电状态；S2、进入充电状态时，获取上一次放电状态末端的荷电状态作为此次充电初始时刻的荷电状态(SOC0)N；S3、充电时每隔时间T判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；S4、使用安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N和荷电状态SOC误差(ΔSOC)N；S5、计算放电因子FN，存储放电因子FN和(SOC1)N；S6、获得放电状态初始时刻的荷电状态记作(SOC0)N+1；S7、利用安时积分计算放电时锂电池的荷电状态(SOC1)N+1。该发明中放电因子的引入，不仅可校准电流传感器带来的误差，还可以校准电池老化引起的容量误差。

Description

一种安时积分估算锂电池SOC方法
技术领域
本发明涉及电池管理系统领域，尤其是一种安时积分估算锂电池SOC方法。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，BMS)作为电动汽车的核心部件之一，一直是电动汽车研发的重点。BMS的核心功能是维护和管理电动汽车的动力电池，保障电池安全高效运行，提升电动汽车的续驶里程和驾驶体验。要实现这些功能，首先需要对电池的运行状态，尤其是荷电状态(State of Charge，SOC)做出准确的估计。
目前，BMS中常用安时积分法和开路电压法的结合来估算锂电池SOC。安时积分法以其简单易实现的特点，在BMS中得到广泛应用。但是安时积分法存在三点缺陷：第一、安时积分法依赖于SOC初始值，当初始SOC存在误差时，估算出来的SOC将一直存在误差；第二、安时积分法依赖于传感器精度和采样频率，提高传感器精度会带来硬件成本的迅速上升；第三、安时积分法依赖于电池容量，电池容量随温度和电池衰减情况会发生变化，不准确的电池容量也会带来SOC误差。开路电压法通过事先获得电池的SOC-OCV曲线，当电池充分静置时，利用开路电压查表即可得到SOC。该方法也存在如下缺陷：第一、需要对电池进行长时间静置，不满足实时性要求；第二、对SOC-OCV曲线精度要求较高，如果事先获得的曲线不准，开路电压法的效果可能适得其反；第三、对于磷酸铁锂电池，存在电压平台期(SOC在20％～90％区间，OCV的变化幅度很小)，传感器测量误差将会带来较大的SOC误差。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种安时积分估算锂电池SOC方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种安时积分估算锂电池SOC方法，包括以下步骤：
S1、打开电池管理系统BMS，根据给电池充电的充电枪的连接状态，判断锂电池是处于充电状态还是放电状态，如果电池处于充电状态进入步骤S2，如果电池处于放电状态，进入步骤S6，设定锂电池第N次状态改变后为充电状态，第N+1次状态改变后为放电状态，依次循环；
S2、获取上一次放电状态末端的荷电状态SOC为(SOC1)N-1，此次充电初始时刻的荷电状态SOC，记作(SOC0)N，N表示此次充电，N-1表示此次充电前的放电，(SOC1)N-1＝(SOC0)N；
S3、充电时每隔时间T判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S4、根据充电末端充入的电量，使用安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N，计算锂电池的荷电状态SOC误差，记作(ΔSOC)N；
S5、根据(SOC0)N和(ΔSOC)N，计算放电因子FN，放电因子FN限幅[0.9，1.1]，将放电因子FN存储到带电可擦可编程只读存储器；
S6、从带电可擦可编程只读存储器中读取放电因子FN，N+1次锂电池状态改变设定为放电状态；
S7、根据放电因子FN，利用安时积分计算放电时锂电池的荷电状态(SOC1)N+1。
详细地说，在步骤S4中，
当电池达到满充状态时，如果安时积分计算锂电池的荷电状态SOC未达到100％时，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N从当前值跳变至100％并停止充电，(ΔSOC)N为负且其绝对值等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N跳变幅度；
如果安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N在锂电池达到满充状态之前达到100％，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N的值不变，锂电池继续充电直至达到满充状态，(ΔSOC)N为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
详细地说，步骤S5中，计算放电因子的具体步骤为：充电过程中，使用安时积分计算锂电池获得荷电状态(SOC)N的变化量为1-(SOC0)N，实际荷电状态(SOC)N的变化量为1+(ΔSOC)N-(SOC)N；计算放电因子FN的公式为：
Figure BDA0001760606670000031
若计算出的放电因子FN大于1.1，则FN取值1.1，若计算出的放电因子FN小于0.9，则FN取值0.9。
详细地说，步骤S7中安时积分的公式为
Figure BDA0001760606670000032
(SOC0)N+1是当前电池的荷电状态SOC的值，(SOC1)N+1是放电末端时刻的SOC值，FN的参数含义是放电因子，Q的参数含义是电池容量，I的参数含义是传感器电流，t的参数含义是时间。
详细地说，所述带电可擦可编程只读存储器为增强型带电可擦可编程只读存储器。
本发明的优点在于：
(1)本发明将一个放电过程和之后的一个充电过程为一个充放电循环，将每个充放电循环中放电末端的SOC误差，推迟到本次循环工况比较简单的充电末端计算，利用SOC误差计算出本次循环的放电因子，在下一个循环的放电过程使用。并且量化出放电积分因子，下次放电过程考虑放电因子的影响，从而校准放电过程的安时积分。
(2)本发明用于解决电池管理系统中传统安时积分带来的误差问题，提高荷电状态计算精度。
(3)放电因子的引入，不仅可以校准电流传感器带来的误差，还可以校准电池老化等引起的容量误差。
(4)校准过程完全平滑，不会引起荷电状态突变。
(5)放电过程中动态实时校准电池荷电状态，无需事先静态等待。
附图说明
图1是本发明的算法流程图。
图2是传统安时积分方法和本发明效果的对比图。
具体实施方式
如图1所示，一种安时积分估算锂电池SOC方法，包括以下步骤：
S1、打开电池管理系统BMS，根据给电池充电的充电枪的连接状态，判断锂电池是处于充电状态还是放电状态，如果电池处于充电状态进入步骤S2，如果电池处于放电状态，进入步骤S6，设定锂电池第N次状态改变后为充电状态，第N+1次状态改变后为放电状态，依次循环；
S2、获取上一次放电状态末端的荷电状态SOC为(SOC1)N-1，此次充电初始时刻的荷电状态SOC，记作(SOC0)N，N表示此次充电，N-1表示此次充电前的放电，(SOC1)N-1＝(SOC0)N；
S3、充电时每隔时间T判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S4、根据充电末端充入的电量，使用安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N，计算锂电池的荷电状态SOC误差，记作(ΔSOC)N；
当电池达到满充状态时，如果安时积分计算锂电池的荷电状态SOC未达到100％时，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N从当前值跳变至100％并停止充电，(ΔSOC)N为负且其绝对值等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N跳变幅度；
如果安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N在锂电池达到满充状态之前达到100％，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N的值不变，锂电池继续充电直至达到满充状态，(ΔSOC)N为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
S5、根据(SOC0)N和(ΔSOC)N，计算放电因子FN，放电因子FN限幅[0.9，1.1]，将放电因子FN存储到增强型带电可擦可编程只读存储器；
计算放电因子的具体步骤为：充电过程中，使用安时积分计算锂电池获得荷电状态(SOC)N的变化量为1-(SOC0)N，实际荷电状态(SOC)N的变化量为1+(ΔSOC)N-(SOC0)N；计算放电因子FN的公式为：
Figure BDA0001760606670000051
若计算出的放电因子FN大于1.1，则FN取值1.1，若计算出的放电因子FN小于0.9，则FN取值0.9。
S6、从带电可擦可编程只读存储器中读取放电因子FN，N+1次锂电池状态改变设定为放电状态；
S7、根据放电因子FN，利用安时积分计算放电时锂电池的荷电状态(SOC1)N+1；
安时积分的公式为
Figure BDA0001760606670000052
(SOC0)N+1是当前电池的荷电状态SOC的值，(SOC1)N+1是放电末端时刻的SOC值，FN的参数含义是放电因子，Q的参数含义是电池容量，/的参数含义是传感器电流，t的参数含义是时间。
本发明通过改进传统的安时积分方法，提供了一种实时、精确的锂电池SOC估算方法，消除了安时积分中由于传感器误差和电池容量误差导致的SOC不准问题。通过量化出的放电因子，不仅可以评估安时积分精度，还可以实时校准安时积分，并且由于校准过程完全平滑，不会引起SOC跳变。相比较传统安时积分方法，本发明计算出的SOC更加精确，相比较开路电压校准方法，本发明可以实时校准SOC，运行更加高效。
图2是传统安时积分方法和本发明效果的对比图。电池经历两个充放电循环，两个充放电循环的电流工况完全相同。第一个充放电循环使用传统安时积分计算，可以看到，由于传感器误差，充电末端SOC跳变幅度达到10％左右。第二个循环使用本发明所述改进的安时积分方法计算电池SOC，积分因子由前一个循环的充放电参数计算得到，利用本发明方案后，第二个循环充电末端的SOC误差小于1％。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种安时积分估算锂电池SOC方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、打开电池管理系统BMS,根据给电池充电的充电枪的连接状态，判断锂电池是处于充电状态还是放电状态，如果电池处于充电状态进入步骤S2，如果电池处于放电状态，进入步骤S6，设定锂电池第N次状态改变后为充电状态，第N+1次状态改变后为放电状态，依次循环；
S2、获取上一次放电状态末端的荷电状态SOC为(SOC1)N-1，此次充电初始时刻的荷电状态SOC，记作(SOC0)N，N表示此次充电，N-1表示此次充电前的放电，(SOC1)N-1＝(SOC0)N；
S3、充电时每隔时间T判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S4、根据充电末端充入的电量，使用安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC1)N，计算锂电池的荷电状态SOC误差，记作(ΔSOC)N；
S5、根据(SOC0)N和(ΔSOC)N，计算放电因子FN，放电因子FN限幅[0.9，1.1]，将放电因子FN存储到带电可擦可编程只读存储器；
S6、从带电可擦可编程只读存储器中读取放电因子FN，N+1次锂电池状态改变设定为放电状态；
S7、根据放电因子FN，利用安时积分计算放电时锂电池的荷电状态(SOC1)N+1；
在步骤S4中，
当电池达到满充状态时，如果安时积分计算锂电池的荷电状态SOC未达到100％时，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N从当前值跳变至100％并停止充电，(ΔSOC)N为负且其绝对值等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N跳变幅度；
如果安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N在锂电池达到满充状态之前达到100％，安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N的值不变，锂电池继续充电直至达到满充状态，(ΔSOC)N为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态(SOC)N达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
2.根据权利要求1所述的一种安时积分估算锂电池SOC方法，其特征在于，步骤S5中，计算放电因子的具体步骤为：充电过程中，使用安时积分计算锂电池获得荷电状态(SOC)N的变化量为1-(SOC0)N，实际荷电状态(SOC)N的变化量为1+(ΔSOC)N-(SOC0)N；计算放电因子FN的公式为：
Figure FDA0002479929420000021
若计算出的放电因子FN大于1.1，则FN取值1.1，若计算出的放电因子FN小于0.9，则FN取值0.9。
3.根据权利要求2所述的一种安时积分估算锂电池SOC方法，其特征在于，步骤S7中安时积分的公式为
Figure FDA0002479929420000022
(SOC0)N+1是当前电池的荷电状态SOC的值，(SOC1)N+1是放电末端时刻的SOC值，FN的参数含义是放电因子，Q的参数含义是电池容量，I的参数含义是传感器电流，t的参数含义是时间。
4.根据权利要求1所述的一种安时积分估算锂电池SOC方法，其特征在于，所述带电可擦可编程只读存储器为增强型带电可擦可编程只读存储器。
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Assignee: Yantai Yida Financial Leasing Co.,Ltd.

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