CN109633463A - 一种基于单体电池动力电池系统的soc评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，具体包括以下步骤：获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；根据工作电压获取第一修正因子，并且由第一修正因子、工作电流和实际容量获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值；根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度‑可用容量因子Kt‑c；利用温度‑可用容量因子Kt‑c获取第二修正因子；根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC。与现有技术相比，本发明引入由温度变化引起的可用容量变化的修正，能够在不改变现有动力电池系统SOC评估的基础上，更准确的评估动力电池系统SOC，从而更好地的保护电池和改善用户感受。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池技术领域，尤其是涉及一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法。
背景技术
动力电池系统作为关键的零部件在电动汽车和电力储能等领域得到越来越多的应用。而SOC评估是动力电池系统应用中一个非常重要的功能，SOC评估是否准确影响到整车的续航里程，动力特性，充电和放电的安全性。
传统的动力电池SOC评估在考虑温度对评估的影响时，只单一地根据温度采用固定的可用容量值，而不考虑电池温度在充电过程中的变化对SOC评估的影响，而且，也不考虑在电池在各个寿命阶段下，不同温度下可用容量的变化，导致动力电池的SOC评估往往不够精确。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，具体包括以下步骤：
s1.获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；
s2.根据工作电压获取第一修正因子fprev，并且由第一修正因子fprev、工作电流I和实际容量Q获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值SOCn，其表达式为：
式中，SOCn-1为未考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
s3.根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度-可用容量因子Kt-c；
s4.利用温度-可用容量因子Kt-c获取第二修正因子ftemp，第二修正因子表达式为：
式中，SOC_Tn-1为考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
s5.根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC，即获得考虑温度因素的tn时刻的SOC值SOC_Tn，其计算表达式为：
进一步地，获取曲面函数的具体步骤为：
a1.对单体电池进行实验，获得该型号电池各寿命阶段下、不同温度下的可用容量；
a2.使用曲面拟合方法，建立单体电池实际容量、单体电池可用容量与温度的函数关系，即曲面函数。
进一步地，所述的曲面拟合方法为最小二乘法。
进一步地，所述的单体电池实际容量表示一定倍率常温下能放出的最大能量。
进一步地，所述单体电池可用容量表示一定倍率一定温度下能放出的能量。
进一步地，所述的温度为单体电池电芯的实际温度。
一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估装置，包括：
监测模块，用于获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；
第一修正模块，根据工作电压获取第一修正因子fprev，并且由第一修正因子fprev、工作电流I和实际容量Q获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值SOCn，其表达式为：
式中，SOCn-1为未考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
第二修正模块，根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度-可用容量因子Kt-c，并且利用温度-可用容量因子Kt-c获取第二修正因子ftemp，第二修正因子表达式为：
式中，SOC_Tn-1为考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
评估模块，用于根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC，即获得考虑温度因素的tn时刻的SOC值SOC_Tn，其计算表达式为：
进一步地，还包括曲面函数获取模块，该曲面函数获取模块包括：
监控单元，用于对单体电池进行实验，获得该型号电池各寿命阶段下、不同温度下的可用容量；
拟合单元，用于使用曲面拟合方法，建立单体电池实际容量，单体电池可用容量与温度的函数关系，即曲面函数。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明在目前动力电池系统SOC评估基础上，引入由温度变化引起的可用容量变化的修正，能够在不改变现有动力电池系统SOC评估的基础上，更准确的评估动力电池系统SOC，从而更好地的保护电池和改善用户感受。
2、本发明采用函数拟合方法，考虑不同寿命阶段下、不同温度下可用容量的变化，以及电池温度在充电过程中变化对SOC评估的影响，从而更精确地对电池系统的SOC进行评估。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为曲面函数拟合仿真示意图；
图3为放电温度下降时SOC变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，在电池管理系统(BMS控制器)中进行在线应用。如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤s1.启动评估程序；
步骤s2.获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；
步骤s3.由工作电压根据已有的SOC评估算法获取第一修正因子fprev，并且由第一修正因子fprev、工作电流I和实际容量Q获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值SOCn，其表达式为：
式中，SOCn-1为未考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值，其初始值为100；
步骤s4.根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度-可用容量因子Kt-c；
步骤s5.利用温度-可用容量因子Kt-c获取第二修正因子ftemp，第二修正因子表达式为：
式中，SOC_Tn-1为考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值，其初始值为100；
步骤s6.根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC，即获得考虑温度因素的tn时刻的SOC值SOC_Tn，其计算表达式为：
步骤s7.判断程序是否需要停止，若是，则退出程序；若否，则工作时刻步长加1，执行步骤s2。
图2所示为电池放电时未考虑温度因素的SOC变化和考虑温度因素的SOC变化示意图，其中线1表示未考虑温度因素的SOC变化，线2表示考虑温度因素的SOC变化，由图可知修正后的SOC比原来考虑温度因素的SOC随时间变化得更快，更符合电池的实际工作状态。
本实施例中，获取曲面函数的具体实验步骤为：
(1)对单体电池进行放电-静置实验，获得该型号电池各寿命阶段下、不同温度下的可用容量；
(2)使用最小二乘法进行曲面的拟合，建立单体电池实际容量、单体电池可用容量与温度的函数关系，即曲面函数。其中，单体电池实际容量表示一定倍率常温下能放出的最大能量；单体电池可用容量表示一定倍率一定温度下能放出的能量；温度为单体电池电芯的实际温度。
如图3所示，为本实施例的曲面拟合，图中，SOCUsbl表示单体电池的可用容量，SOCActl表示单体电池实际容量，Temp表示温度。采用最小二乘法其过程如下：
曲面方程一般可表示为：z＝f(x,y)，令li＝(xi,yi)，li表示曲面的坐标(xi,yi)，i＝1,2,....n，基函数[b1(l),b2(l),bn(l)]可以控制整个曲面，对任意li满足如下现行关系：
式中，bj(l)＝xpyq，其中bj(l),j＝1,2,...,n。为n次多项式的空间的一组基，aj,j＝1,2,...,n为待定的系数矢量。
最小二乘的思想即测试数据与真实值之间的偏差平方和达到最小，即：
求导并展开成线性方程组的线性变换，即：
...
将上式改写成矩阵的形式：BBTA＝BZ，
其中，AT＝(a1,a2...an),ZT＝(z1,z2...zn)。
根据上述矩阵方程a1,a2...an可根据求解一般线性方程组的方法精确的解出。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
s1.获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；
s2.根据工作电压获取第一修正因子fprev，并且由第一修正因子fprev、工作电流I和实际容量Q获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值SOCn，其表达式为：
式中，SOCn-1为未考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
s3.根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度-可用容量因子Kt-c；
s4.利用温度-可用容量因子Kt-c获取第二修正因子ftemp，第二修正因子表达式为：
式中，SOC_Tn-1为考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
s5.根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC，即获得考虑温度因素的tn时刻的SOC值SOC_Tn，其计算表达式为：
2.根据权利要求1所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，获取曲面函数的具体步骤为：
a1.对单体电池进行实验，获得该型号电池各寿命阶段下、不同温度下的可用容量；
a2.使用曲面拟合方法，建立单体电池实际容量、单体电池可用容量与温度的函数关系，即曲面函数。
3.根据权利要求2所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，所述的曲面拟合方法为最小二乘法。
4.根据权利要求2所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，所述的单体电池实际容量表示一定倍率常温下能放出的最大能量。
5.根据权利要求2所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，所述单体电池可用容量表示一定倍率一定温度下能放出的能量。
6.根据权利要求2所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估方法，其特征在于，所述的温度为单体电池电芯的实际温度。
7.一种基于单体电池动力电池系统的SOC评估装置，其特征在于，包括：
监测模块，用于获取单体电池当前的实际容量、工作温度、工作电流和工作电压；
第一修正模块，根据工作电压获取第一修正因子fprev，并且由第一修正因子fprev、工作电流I和实际容量Q获取当前未考虑温度因素的tn时刻SOC值SOCn，其表达式为：
式中，SOCn-1为未考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
第二修正模块，根据工作温度和电池实际容量，利用曲面函数得到相应的温度-可用容量因子Kt-c，并且利用温度-可用容量因子Kt-c获取第二修正因子ftemp，第二修正因子表达式为：
式中，SOC_Tn-1为考虑温度因素的tn-1时刻历史SOC值；
评估模块，用于根据第二修正因子评估修正后的动力电池系统的SOC，即获得考虑温度因素的tn时刻的SOC值SOC_Tn，其计算表达式为：
8.根据权利要求7所述的基于单体电池动力电池系统的SOC评估装置，其特征在于，还包括曲面函数获取模块，该曲面函数获取模块包括：
监控单元，用于对单体电池进行实验，获得该型号电池各寿命阶段下、不同温度下的可用容量；
拟合单元，用于使用曲面拟合方法，建立单体电池实际容量，单体电池可用容量与温度的函数关系，即曲面函数。
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