CN109239608B - 一种实时修正锂电池soc-ocv曲线的方法 - Google Patents

一种实时修正锂电池soc-ocv曲线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实时修正锂电池SOC‑OCV曲线的方法，S1、每隔t1判断一次电池是否充分静置，如果满足静置条件则进入步骤2，否则进入步骤1；S2、记录电池的温度TN、电压VN、安时积分计算获得的第N次静置时刻对应的锂电池荷电状态SOCN，1；S3、根据温度TN，确定实验对应的SOC‑OCV曲线，根据电压VN在对应的SOC‑OCV曲线根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，记录得到的SOCN，2；S4、每隔时间t2判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S5，否则进入步骤S1；S5、根据充电末端充入的电量，计算此次充电的荷电状态SOC误差，记作ΔSOC；S6、反修正SOC‑OCV曲线，并获得SOC‑OCV曲线。该发明的优点在于：将传统的事先获取SOC‑OCV曲线，改进成电池运行过程中动态修正曲线。

Description

一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其是一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法。
背景技术
锂电池作为新能源汽车的核心部件，其电池特性的表征关系着汽车的安全高效运行。这其中包括SOC-开路电压(Open Circuit Voltage，OCV)关系曲线的获取。OCV反映了电池在某一SOC状态下的稳定电动势，与SOC一一对应，可以作为SOC静态校准的依据。当电池充分静置时，认为其端电压等于OCV，利用事先获取的SOC-OCV曲线，查曲线即可得到电池当前SOC。SOC-OCV曲线的精度，直接影响着电池SOC的估算精度，因此，设计合理的实验获取准确的SOC-OCV曲线变得十分重要。
目前，主流的获取SOC-OCV曲线的方法包括插值法和静置法等。插值法的主要思路是通过相同的小倍率电流充放电获取充放电电压和SOC之间的关系，再认为OCV等于充放电电压的平均，从而获得SOC-OCV曲线。静置法的主要思路是通过充电后的充分静置，认为静置电压是电池OCV，从而获得SOC-OCV曲线。插值法可以较快获得电池曲线，节省时间，但是精度较差，尤其是在SOC两端区间，因为电池的充放电曲线关于OCV曲线并不完全对称。静置法精度较高，但是每次电池充分静置往往需要很长的时间，导致进行一次完整的实验消耗时间太长。两种方法还存在一些共同的缺陷：首先，由于实验误差，获得的SOC-OCV曲线不一定非常准确；其次，电池老化会导致SOC-OCV曲线发生变化，但是事先静态获取的曲线无法适用于这种随时间改变的动态情况。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，包括以下步骤
S1、每隔t1判断一次电池是否充分静置，如果满足静置条件则进入步骤S2，否则进入步骤S1；
S2、记录电池的温度TN、电压VN、安时积分计算获得的第N次静置时刻对应的锂电池荷电状态SOCN，1；
S3、根据温度TN，确定实验对应的SOC-OCV曲线，根据电压VN在对应的SOC-OCV曲线根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，记录得到的SOCN，2；
S4、每隔时间t2判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S5，否则进入步骤S1；
S5、根据充电末端充入的电量，计算此次充电的荷电状态SOC误差，记作ΔSOC；
S6、反修正SOC-OCV曲线，并获得SOC-OCV曲线，具体步骤如下：
S61、统计静置次数为j；
S62、若j＝1，则SOC-OCV曲线中SOC1，2修正为SOC1，3，修正后的SOC1，3满足公式SOC1，3＝SOC1，2-ΔSOC；
若j＝N，N∈M，SOC-OCV曲线中SOCN，2修正为SOCN，3，修正后的SOCN，3满足公式
Figure GDA0002752294620000021
S63、根据第N次查曲线时的温度TN，找出本次查曲线时的SOC-OCV曲线
格数据；
从SOC-OCV中曲线格找出第N次查曲线插值时所用到的数据点
Figure GDA0002752294620000022
Figure GDA0002752294620000023
左侧点
Figure GDA0002752294620000024
数据点
Figure GDA0002752294620000025
右侧点
Figure GDA0002752294620000026
Figure GDA0002752294620000027
Figure GDA0002752294620000028
将(SOCN，2，VN)更新为修正之后的点(SOCN，3，VN)，由
Figure GDA0002752294620000029
(SOCN，3，VN)以及
Figure GDA00027522946200000210
插值得到新的
Figure GDA00027522946200000211
值，插值公式为：
Figure GDA00027522946200000212
将
Figure GDA00027522946200000213
更新为
Figure GDA00027522946200000214
按同样方法将
Figure GDA00027522946200000215
更新为
Figure GDA00027522946200000216
S64、按照步骤S63的方法修正步骤S3中的SOC-OCV曲线，并绘制SOC-OCV曲线。
详细地说，在步骤S2中，SOC-OCV曲线中，相邻两个SOC区间间隔为1％到10％，温度区间间隔为5摄氏度，即每隔5摄氏度绘制一条SOC-OCV曲线，每条曲线上相邻数据的SOC值差异为1％到10％。
详细地说，在步骤S3中，具体步骤如下：
S31、根据温度TN确定SOC-OCV曲线；
S32、根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，插值公式为
Figure GDA0002752294620000031
Figure GDA0002752294620000032
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的左边点电压值，
Figure GDA0002752294620000033
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的右边点电压值，
Figure GDA0002752294620000034
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure GDA0002752294620000035
对应的荷电状态值，
Figure GDA0002752294620000036
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure GDA0002752294620000037
对应的荷电状态值。
详细地说，在步骤S5中，真实荷电状态SOC与第N次静置后安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1之间的误差为ΔSOC，如果电池达到满充状态时，锂电池真实的荷电状态SOC等于100％；
如果电池达到满充状态时，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1未达到100％，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1会由当前值跳变到100％并停止充电，则ΔSOC为负且其绝对值等于安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1跳变幅度；
如果安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1在锂电池达到满充状态之前就已经为100％，则安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1保持不变，电池继续充电直到电池达到满充状态，则ΔSOC为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态SOCN+1，1达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
详细地说，所述的静置条件为：电池电流为0，搁置时间大于等于a小时，a为电池厂商根据电池特性给出的参数。
本发明的优点在于：
(1)本发明将传统的事先获取SOC-OCV曲线，在电池运行过程中静态调用的方法，改进成电池运行过程中动态修正曲线，将一次获取再不变更曲线，变成边使用边修正曲线；
(2)本发明用于解决传统SOC-OCV曲线获取方法带来的误差问题，提高SOC估算精度；
(3)本发明不仅可以提高SOC-OCV曲线精度，还可以修正电池老化等引起的曲线变化；
(4)修正过程完全自动化实现，无需再进行人工实验。
附图说明
图1是本发明的算法流程图。
图2是实施例1中初始时刻的SOC-OCV曲线。
图3是实施例1中应用本发明之后的SOC-OCV曲线。
图4是实施例2中应用本发明之后的SOC-OCV曲线。
图5是实施例3中应用本发明之后的SOC-OCV曲线。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，包括以下步骤
S1、每隔t1判断一次电池是否充分静置，如果满足静置条件则进入步骤2，否则进入步骤1；
所述的静置条件为：电池电流为0，搁置时间大于等于a小时，a为电池厂商根据电池特性给出的参数。
S2、记录电池的温度TN、电压VN、安时积分计算获得的第N次静置时刻对应的锂电池荷电状态SOCN，1；
SOC-OCV曲线中，相邻两个SOC区间间隔为5％，温度区间间隔为5摄氏度，即每隔5摄氏度绘制一条SOC-OCV曲线，每条曲线上相邻数据的SOC值差异为5％。
S3、根据温度TN，确定实验对应的SOC-OCV曲线，根据电压VN在对应的SOC-OCV曲线根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，记录得到的SOCN，2；
具体步骤如下：
S31、根据温度TN确定SOC-OCV曲线；
S32、根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，插值公式为
Figure GDA0002752294620000051
Figure GDA0002752294620000052
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的左边点电压值，
Figure GDA0002752294620000053
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的右边点电压值，
Figure GDA0002752294620000054
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure GDA0002752294620000055
对应的荷电状态值，
Figure GDA0002752294620000056
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure GDA0002752294620000057
对应的荷电状态值。
S4、每隔时间t2判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S5，否则进入步骤S1；
S5、根据充电末端充入的电量，计算此次充电的荷电状态SOC误差，记作ΔSOC；详细步骤如下：
真实荷电状态SOC与第N次静置后安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1之间的误差为ΔSOC，如果电池达到满充状态时，锂电池真实的荷电状态SOC等于100％；
如果电池达到满充状态时，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1未达到100％，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1会由当前值跳变到100％并停止充电，则ΔSOC为负且其绝对值等于安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1跳变幅度；
如果安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1在锂电池达到满充状态之前就已经为100％，则安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1保持不变，电池继续充电直到电池达到满充状态，则ΔSOC为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态SOCN+1，1达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
S6、反修正SOC-OCV曲线，包括以下步骤：
S61、统计静置次数为j；
S62、若j＝1，则SOC-OCV曲线中SOC1，2修正为SOC1，3，修正后的SOC1，3满足公式SOC1，3＝SOC1，2-ΔSOC；
若j＝N，N∈M，SOC-OCV曲线中SOCN，2修正为SOCN，3，修正后的SOCN，3满足公式
Figure GDA0002752294620000061
S63、根据第N次查曲线时的温度TN，找出本次查曲线时的SOC-OCV曲线
格数据；
从SOC-OCV中曲线格找出第N次查曲线插值时所用到的数据点
Figure GDA0002752294620000062
Figure GDA0002752294620000063
左侧点
Figure GDA0002752294620000064
数据点
Figure GDA0002752294620000065
右侧点
Figure GDA0002752294620000066
Figure GDA0002752294620000067
Figure GDA0002752294620000068
将(SOCN，2，VN)更新为修正之后的点(SOCN，3，VN)，由
Figure GDA0002752294620000069
(SOCN，3，VN)以及
Figure GDA00027522946200000610
插值得到新的
Figure GDA00027522946200000611
值，插值公式为：
Figure GDA00027522946200000612
将
Figure GDA00027522946200000613
更新为
Figure GDA00027522946200000614
按同样方法将
Figure GDA00027522946200000615
更新为
Figure GDA00027522946200000616
S64、按照步骤S63的方法修正步骤S3中的SOC-OCV曲线，并绘制SOC-OCV曲线。
图2是实施例初始时刻的SOC-OCV曲线。该曲线由实验获得，实验温度25℃，SOC间隔5％有一组SOC-OCV数据。作为对比，图2中同时画出了真实的SOC-OCV曲线。可以看出，测量曲线和真实曲线之间存在误差。
图3是应用本发明内容之后的SOC-OCV曲线。可以看到，通过本发明算法的不断迭代，更新之后的SOC-OCV曲线比原始曲线更加接近真实的SOC-OCV曲线。
实施例2
与实施例1不同之处在于，相邻两个SOC区间间隔为1％。如图4所示，该实施例中，应用本发明的方法后的SOC-OCV曲线比原始曲线更加接近真实的SOC-OCV曲线。
实施例3
与实施例1不同之处在于，相邻两个SOC区间间隔为10％。如图5所示，该实施例中，应用本发明的方法后的SOC-OCV曲线比原始曲线更加接近真实的SOC-OCV曲线。
本发明通过利用电池充电末端的SOC误差反修正OCV校准时的SOC，得到更新后的SOC-OCV曲线。通过本发明，可以不断修正电池OCV数据，提高数据的准确性，减小了传统OCV实验的误差，同时避免了静态数据不能适应电池状态变化的问题。此流程可以由程序自动执行，无需人工干预，提高了执行效率。
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 (5)

1.一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤
S1、每隔t1判断一次电池是否充分静置，如果满足静置条件则进入步骤S2，否则进入步骤S1；
S2、记录电池的温度TN、电压VN、安时积分计算获得的第N次静置时刻对应的锂电池荷电状态SOCN，1；
S3、根据温度TN，确定实验对应的SOC-OCV曲线，根据电压VN在对应的SOC-OCV曲线根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，记录得到的SOCN，2；
S4、每隔时间t2判断一次锂电池是否达到满充状态，如果是则进入步骤S5，否则进入步骤S1；
S5、根据充电末端充入的电量，计算此次充电的荷电状态SOC误差，记作ΔSOC；
S6、反修正SOC-OCV曲线，并获得SOC-OCV曲线，具体步骤如下：
S61、统计静置次数为j；
S62、若j＝1，则SOC-OCV曲线中SOC1，2修正为SOC1，3，修正后的SOC1，3满足公式SOC1，3＝SOC1，2-ΔSOC；
若j＝N，N∈M，SOC-OCV曲线中SOCN，2修正为SOCN，3，修正后的SOCN，3满足公式
Figure FDA0002752294610000011
S63、根据第N次查曲线时的温度TN，找出本次查曲线时的SOC-OCV曲线格数据；
从SOC-OCV中曲线格找出第N次查曲线插值时所用到的数据点
Figure FDA0002752294610000012
Figure FDA0002752294610000013
左侧点
Figure FDA0002752294610000014
数据点
Figure FDA0002752294610000015
右侧点
Figure FDA0002752294610000016
Figure FDA0002752294610000017
Figure FDA0002752294610000018
将(SOCN，2，VN)更新为修正之后的点(SOCN，3，VN)，由
Figure FDA0002752294610000019
(SOCN，3，VN)以及
Figure FDA00027522946100000110
插值得到新的
Figure FDA00027522946100000111
值，插值公式为：
Figure FDA00027522946100000112
将
Figure FDA00027522946100000113
更新为
Figure FDA00027522946100000114
按同样方法将
Figure FDA00027522946100000115
更新为
Figure FDA0002752294610000021
S64、按照步骤S63的方法修正步骤S3中的SOC-OCV曲线，并绘制SOC-OCV曲线。
2.根据权利要求1所述的一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，其特征在于，在步骤S2中，SOC-OCV曲线中，相邻两个SOC区间间隔为1％到10％，温度区间间隔为5摄氏度，即每隔5摄氏度绘制一条SOC-OCV曲线，每条曲线上相邻数据的SOC值差异为1％到10％。
3.根据权利要求2所述的一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，其特征在于，在步骤S3中，具体步骤如下：
S31、根据温度TN确定SOC-OCV曲线；
S32、根据插值公式计算得到对应的SOCN，2，插值公式为
Figure FDA0002752294610000022
Figure FDA0002752294610000023
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的左边点电压值，
Figure FDA0002752294610000024
是温度TN对应的SOC-OCV曲线中VN最接近的右边点电压值，
Figure FDA0002752294610000025
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure FDA0002752294610000026
对应的荷电状态值，
Figure FDA0002752294610000027
是SOC-OCV曲线中电压值
Figure FDA0002752294610000028
对应的荷电状态值。
4.根据权利要求3所述的一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，其特征在于，在步骤S5中，真实荷电状态SOC与第N次静置后安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1之间的误差为ΔSOC，如果电池达到满充状态时，锂电池真实的荷电状态SOC等于100％；
如果电池达到满充状态时，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1未达到100％，安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1会由当前值跳变到100％并停止充电，则ΔSOC为负且其绝对值等于安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1跳变幅度；
如果安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1在锂电池达到满充状态之前就已经为100％，则安时积分计算获得的锂电池荷电状态SOCN+1，1保持不变，电池继续充电直到电池达到满充状态，则ΔSOC为正且等于安时积分计算锂电池的荷电状态SOCN+1，1达到100％之后充入的电量除以锂电池容量。
5.根据权利要求1所述的一种实时修正锂电池SOC-OCV曲线的方法，其特征在于，所述的静置条件为：电池电流为0，搁置时间大于等于a小时，a为电池厂商根据电池特性给出的参数。
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