CN109655755A

CN109655755A - 一种电池soc估算校准方法

Info

Publication number: CN109655755A
Application number: CN201811569048.9A
Authority: CN
Inventors: 胡顺华; 钟发平; 刘宏兵; 陈晓峰; 陈鹏飞; 龚颖林
Original assignee: National Engineering Research Center of Advanced Energy Storage Materials Shenzhen Co Ltd
Current assignee: National Engineering Research Center of Advanced Energy Storage Materials Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2019-04-19
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN109655755B

Abstract

本发明提供了一种电池SOC估算校准方法，在电池充电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，并且在电池恒流稳定充电一定时间时对当前时刻的电池SOC值进行校准，之后每隔一定时间对当前时刻的电池SOC值校准一次，校准步骤为：首先BMS获取当前时刻电池的电压V_{_cal}、温度T_{_cal}、电流I_{_cal}和上一时刻的电池SOC值SOC_{_BMS_上一时刻}，根据温度T_{_cal}得到不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，将电压V_{_cal}与V_{_SOC标准值}进行比较，确定该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}，最后按不同方式对当前时刻的电池SOC值SOC_{_BMS}进行校准。本发明方法简单可行，准确度较高。

Description

一种电池SOC估算校准方法

技术领域

本发明涉及一种电池SOC估算校准方法，适用于充电电流较稳定、放电电流波动较大的应用场合使用的电池储能系统的SOC估算。

背景技术

随着电池储能系统技术的进步，其电池储能的比能量快速提升，单位成本逐步下降。加上电池储能系统本身所具有的快速响应、设置便捷等特点，使得电池储能系统的应用变得越来越广泛。在新能源(如风力发电、太阳能光伏发电)接入中作为能量的缓冲装置，平滑新能源，提升新能源的渗透率；在汽车中作为制动能量的回收装置，兼作为特殊工况(如启动、加速)的辅助动力能源提供装置(一般在HEV或PHEV中)，或直接作为汽车全部动力的能源来源(即纯电动汽车)；在微智能电网中，作为能源的缓冲平台，调配发电、用电之间的关系，维持整个微网的稳定运行和经济运行，等等。

SOC是当前电池剩余电量/容量的简称即荷电保持。一方面SOC是BMS的核心，BMS是电池的核心，电池是电池储能系统的核心，SOC估算对电池储能系统至关重要。

如果没有准确的SOC，会出现的情况：过充/过放情况，导致缩短电池寿命，趴窝等；均衡的一致性效果不理想，降低输出功率，动力性能降低；为了避免趴窝，设置过多冗余电量，减少整体能量输出。所以SOC的精确估算意义重大。其算法也是相关企业的核心竞争力之一。

目前电池SOC主流估算方法有放电法、安时积分法、开路电压法、神经网络法、卡尔曼滤波法。神经网络法太难，卡尔曼滤波法研究非常多，但并不知道实际技术运行数据，放电法无法实际运用，安时积分和开路电压法单独使用误差很大。目前主流的方法是安时积分加开路电压法结合，实践起来较为容易。安时积分法和开路电压法的影响因素非常多，误差较大。

在电池储能系统蓬勃发展的今天，安全问题是第一问题。没有安全，环保和经济性都是没有意义的。SOC是BMS的核心之一，保证电池安全，提高动力性能和循环寿命，经济效应和功能效应显著。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种简单可行、准确度较高的电池SOC估算校准方法。

本发明通过以下方案实现：

一种电池SOC估算校准方法，在电池放电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，在电池充电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，并且在电池恒流稳定充电一定时间时对当前时刻的电池SOC值进行校准，之后每隔一定时间对当前时刻的电池SOC值校准一次，所述校准的具体步骤包括：

ⅠBMS获取当前时刻电池的电压V_{_cal}、温度T_{_cal}、电流I_{_cal}和上一时刻的电池SOC值SOC_{_BMS_上一时刻}；

Ⅱ根据步骤Ⅰ获取的温度T_{_cal}按不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式计算或查不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表得到不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}；

Ⅲ将步骤Ⅰ获取的电压V_{_cal}与步骤Ⅱ得到的不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}进行比较，确定该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}，之后按以下方式对当前时刻的电池SOC值SOC_{_BMS}进行校准：

(A)当SOC_{_估算值}≥80％时，若△SOC＜10％，则SOC_{_BMS}不变，即SOC_{_BMS}仍按安时积分法估算；若△SOC≥10％，则SOC_{_BMS}＝SOC_{_BMS_上一时刻}×0.7+SOC_{_估算值}×0.3；

(B)当40％≤SOC_{_估算值}＜80％时，若△SOC＜15％，则SOC_{_BMS}不变，即SOC_{_BMS}仍按安时积分法估算；若△SOC≥15％，则SOC_{_BMS}＝SOC_{_BMS_上一时刻}×0.8+SOC_{_估算值}×0.2；

(C)当SOC_{_估算值}＜40％时，若△SOC＜25％，则SOC_{_BMS}不变，即SOC_{_BMS}仍按安时积分法估算；若△SOC≥25％，则SOC_{_BMS}＝SOC_{_BMS_上一时刻}×0.9+SOC_{_估算值}×0.1；

方式(A)、(B)和(C)中，△SOC＝︱SOC_{_估算值}－SOC_{_BMS_上一时刻}︱。

安时积分法估算各时刻的电池SOC值时一般按公式SOC_{_BMS}＝SOC_{_BMS_上一时刻}+I×t×100％/C_额，I为电池各时刻的充电电流或放电电流，t为上一时刻到该时刻的电池充电时间即该时刻与上一时刻的时间差，C_额为电池额定容量。

所述步骤Ⅲ中，该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}的确定方法具体为：

(1)若电压V_{_cal}等于不同SOC标准值中某个SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}等于某个SOC_{_标准值}；

(2)若电压V_{_cal}小于各SOC标准值中最小SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}等于该最小SOC标准值；

(3)若电压V_{_cal}大于不同SOC标准值中最大SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}等于该最大SOC标准值；

(4)若电压V_{_cal}介于不同SOC标准值中某两个相邻SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}形成的区间内且电压V_{_cal}不等于该区间的上、下边界值，则该温度T_{_cal}相对应的电池估算值SOC_{_估算值}按公式(a)计算得到：

SOC_{_估算值}＝(V_{_cal}－V_{_标_下边界SOC标准值})/(V_{_标_上边界SOC标准值}－V_{_标_下边界SOC标准值})

×(SOC_{标_上边界}－SOC_{标_下边界})+SOC_{标_下边界}………………………………(a)

其中，SOC_{标_上边界}为该区间上边界SOC标准值，SOC_{标_下边界}为该区间下边界SOC标准值，V_{_标_下边界SOC标准值}为该区间下边界SOC标准值相对应的标准电压，V_{_标_上边界SOC标准值}为该区间上边界SOC标准值相对应的标准电压。

所述步骤Ⅱ中，不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式及不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表的获取方法具体为：

i获取不同温度下电池充电过程中的电压及对应的SOC数据；

ii在步骤i获取的数据中，找出某个SOC值在不同温度下的电压，并以温度为X轴、电压为Y轴拟合出该SOC值的温度-电压曲线，使用软件根据该温度-电压曲线拟合出该SOC值相对应的电压关于温度的函数关系式；按照相同的方法拟合得到不同SOC值相对应的电压关于温度的函数关系式；

iii根据步骤ii得到的函数关系式计算得到不同SOC值相对应的在一定温度范围内的温度与电压的对应表。

进一步地，所述步骤iii中，在一定温度范围内的温度按每增加1℃取值，所述温度范围为－10～50℃。

进一步地，所述电池恒流稳定充电时间为2min以上；对当前时刻的电池SOC值校准的间隔时间为1～5min。

进一步地，所述步骤Ⅱ中，不同SOC标准值的取值范围为0～100且不含0，不同SOC标准值中至少包括100％。具体取值时，一般取整数值，可根据需要进行取值，例如5％、20％、40％、60％、80％、100％等。

本发明的一种电池SOC估算校准方法，简单可行，在SOC估算值与BMS采集到上一时刻SOC值的偏差较大时，通过SOC估算值进行有效的矫正，获取更为准确的SOC值，提高SOC估算准确性，从而更好地掌握电池的使用状态，延长电池使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种电池SOC估算校准方法，在电池放电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，在电池充电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，并且在电池恒流稳定充电2min时对当前时刻的电池SOC值进行校准，之后每隔2min对当前时刻的电池SOC值校准一次，校准的具体步骤包括：

Ⅱ根据步骤Ⅰ获取的温度T_{_cal}按不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式计算或查不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表得到不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}；不同SOC标准值的取值范围为0～100且不含0，不同SOC标准值中至少包括100％；

不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式及不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表的获取方法具体为：

i获取不同温度下电池充电过程中的电压及对应的SOC数据；温度的选择可根据需要调整，例如：－10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃等；

iii根据步骤ii得到的函数关系式计算得到不同SOC值相对应的在一定温度范围内的温度与电压的对应表；在一定温度范围内的温度按每增加1℃取值，温度范围为－10～50℃；

Ⅲ将步骤Ⅰ获取的电压V_{_cal}与步骤Ⅱ得到的不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}进行比较，确定该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}，该温度T_{_cal}相对应的电池SOC估算值SOC_{_估算值}的确定方法具体为：

其中，SOC_{标_上边界}为该区间上边界SOC标准值，SOC_{标_下边界}为该区间下边界SOC标准值，V_{_标_下边界SOC标准值}为该区间下边界SOC标准值相对应的标准电压，V_{_标_上边界SOC标准值}为该区间上边界SOC标准值相对应的标准电压；

之后按以下方式对当前时刻的电池SOC值SOC_{_BMS}进行校准：

例如，分别获取－10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃下的电池充电过程中的电压及对应的SOC数据，并按照前述方法拟合得到不同SOC标准值分别为5％、20％、40％、60％、80％、90％、100％相对应的电压关于温度的函数关系式，并分别按相对应的函数关系式计算得到不同SOC标准值分别为5％、20％、40％、60％、80％、90％、100％相对应的在－10～50℃且温度按每增加1℃取值的温度与电压的对应表；

之后BMS实时获取电池充电过程中的电压V_{_cal}、温度T_{_cal}、电流I_{_cal}和上一时刻的电池SOC值SOC_{_BMS_上一时刻}，根据温度T_{_cal}按不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式计算或查不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表得到不同SOC标准值相对应的标准电压V_{_标_SOC标准值}，即分别为V_{_标_5％}、V_{_标_20％}、V_{_标_40％}、V_{_标_60％}、V_{_标_80％}、V_{_标_90％}、V_{_标_100％}，假如电压V_{_cal}小于最小SOC标准值即5％相对应的标准电压V_{_标_5％}，则SOC_{_估算值}等于最小SOC标准值即5％；假如电压V_{_cal}介于V_{_标_80％}～V_{_标_90％}之间且电压V_{_cal}不等于该区间的上边界值即V_{_标_90％}、下边界值即V_{_标_80％}，则SOC_{_估算值}＝(V_{_cal}－V_{_标_80％})/(V_{_标_90％}－V_{_标_80％})×(90％－80％)+80％计算得到，之后根据步骤Ⅲ的方式(A)对当前时刻的电池SOC值SOC_{_BMS}进行校准。

实施例2

一种电池SOC估算校准方法，其步骤与实施例1中的一种电池SOC估算校准方法的步骤基本相同，其不同之处在于：对当前时刻的电池SOC值校准的间隔时间为5min。

Claims

1.一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：在电池放电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，在电池充电过程中按照安时积分法估算各时刻的电池SOC值，并且在电池恒流稳定充电一定时间时对当前时刻的电池SOC值进行校准，之后每隔一定时间对当前时刻的电池SOC值校准一次，所述校准的具体步骤包括：

ⅠBMS获取当前时刻电池的电压V__cal、温度T__cal、电流I__cal和上一时刻的电池SOC值SOC__BMS__上一时刻；

Ⅱ根据步骤Ⅰ获取的温度T__cal按不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式计算或查不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表得到不同SOC标准值相对应的标准电压V__SOC标准值；

Ⅲ将步骤Ⅰ获取的电压V__cal与步骤Ⅱ得到的不同SOC标准值相对应的标准电压V__SOC标准值进行比较，确定该温度T__cal相对应的电池SOC估算值SOC__估算值，之后按以下方式对当前时刻的电池SOC值SOC__BMS进行校准：

(A)当SOC__估算值≥80％时，若△SOC＜10％，则SOC__BMS不变；若△SOC≥10％，则SOC__BMS＝SOC__BMS__上一时刻×0.7+SOC__估算值×0.3；

(B)当40％≤SOC__估算值＜80％时，若△SOC＜15％，则SOC__BMS不变；若△SOC≥15％，则SOC__BMS＝SOC__BMS__上一时刻×0.8+SOC__估算值×0.2；

(C)当SOC__估算值＜40％时，若△SOC＜25％，则SOC__BMS不变；若△SOC≥25％，则SOC__BMS＝SOC__BMS__上一时刻×0.9+SOC__估算值×0.1；

方式(A)、(B)和(C)中，△SOC＝︱SOC__估算值－SOC__BMS__上一时刻︱。

2.如权利要求1所述的一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：所述步骤Ⅲ中，该温度T__cal相对应的电池SOC估算值SOC__估算值的确定方法具体为：

(1)若电压V__cal等于不同SOC标准值中某个SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T__cal相对应的电池SOC估算值SOC__估算值等于某个SOC__标准值；

(2)若电压V__cal小于各SOC标准值中最小SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T__cal相对应的电池SOC估算值SOC__估算值等于该最小SOC标准值；

(3)若电压V__cal大于不同SOC标准值中最大SOC标准值相对应的标准电压V_{_SOC标准值}，则该温度T__cal相对应的电池SOC估算值SOC__估算值等于该最大SOC标准值；

(4)若电压V__cal介于不同SOC标准值中某两个相邻SOC标准值相对应的标准电压V__SOC标准值形成的区间内且电压V__cal不等于该区间的上、下边界值，则该温度T__cal相对应的电池估算值SOC__估算值按公式(a)计算得到：

SOC__估算值＝(V__cal－V__标__下边界SOC_标准值)/(V__标__上边界SOC_标准值－V__标__下边界SOC_标准值)×(SOC_标__上边界－SOC_标__下边界)+SOC_标__下边界………………………………(a)

其中，SOC_标__上边界为该区间上边界SOC标准值，SOC_标__下边界为该区间下边界SOC标准值，V__标__下边界SOC_标准值为该区间下边界SOC标准值相对应的标准电压，V__标__上边界SOC_标准值为该区间上边界SOC标准值相对应的标准电压。

3.如权利要求1所述的一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，不同SOC标准值相对应的电压关于温度的函数关系式及不同SOC标准值相对应的温度与电压的对应表的获取方法具体为：

i获取不同温度下电池充电过程中的电压及对应的SOC数据；

4.如权利要求3所述的一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：所述步骤iii中，在一定温度范围内的温度按每增加1℃取值，所述温度范围为－10～50℃。

5.如权利要求1～4任一所述的一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：所述电池恒流稳定充电时间为2min以上；对当前时刻的电池SOC值校准的间隔时间为1～5min。

6.如权利要求1～4任一所述的一种电池SOC估算校准方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，不同SOC标准值的取值范围为0～100％且不含0，不同SOC标准值中至少包括100％。