CN109655758A - 电池开路电压测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池开路电压测量方法及系统。本发明的电池开路电压测量方法，包括采集电芯端电压步骤；限制速率获取步骤，依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；调整系数K确定步骤，计算开路电压和实际开路电压之间的误差，找出误差最小时的系数，作为调整系数K；开路电压计算步骤，基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。通过限制速率获取步骤，可以依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率，以减小采集到的电芯端电压的误差，并基于调整系统K，以及开路电压计算步骤，可以获得较为精准的电池开路电压值，进而，可以获取得到电池荷电状态SOC。

Description

电池开路电压测量方法及系统

技术领域

本发明涉及动力电池电压测量技术领域，特别涉及一种电池开路电压测量方法。同时，本发明还涉及一种电池开路电压测量系统。

背景技术

电动汽车作为新能源汽车的一种，具有无污染零排放、低噪声、经济实用等优点，是汽车行业未来发展的主流方向。电池荷电状态SOC(state of charge，电动汽车的剩余容量占额定容量的百分比)是电动汽车的一项重要参数，它受电池包温度、电压和电流等的影响，因此很难精确、实时的计算出SOC。SOC与电芯的开路电压(OCV)之间存在函数关系(OCV—SOC表)，如果已知OCV，通过查表就可以得到SOC，所以要精确计算出电动汽车当前的SOC，获得实时、精确的电芯开路电压OCV是关键。

目前，电芯开路电压OCV的估算方法有两种：第一种方法是将电芯静置一段时间后采集电芯两端的电压作为电芯开路电压；第二种方法是用电芯等效电路模型进行OCV估算。针对上述第一种方法，它的缺点是需要将电芯长时间的静置之后采集电芯两端的电压，而在汽车行驶过程无法做到将电芯处于静置状态。上述第二种方法，它的缺点是计算过程复杂，需要精确的电芯参数，否则OCV 估算偏差会很大。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电池开路电压测量方法，以能够较为精确的获取电池开路电压。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池开路电压测量方法，该方法包括如下步骤：

采集电芯端电压步骤；

限制速率获取步骤，依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；

调整系数K确定步骤，计算开路电压和实际开路电压之间的误差，找出误差最小时的系数，作为调整系数K；

开路电压计算步骤，基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。

进一步的，所述限制速率确定步骤包括如下步骤：

最大充/放电电流获取步骤；

电芯SOC变化速率获取步骤，在充/放电情况下，计算电芯SOC变化速率，并获取最大的SOC变化速率Rate_max；

开路电压改变量获取步骤，根据OCV-SOC表，将SOC按照Rate_max为单位分为N个小格，计算每个小格对应的开路电压改变量ΔOCV；

限制速率确定步骤，依据获得的充电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max1；依据放电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max2；将获得的ΔOCV_max1作为上升限制速率，将获得的ΔOCV_max2作为下降限制速率。

进一步的，最大充/放电电流获取步骤中，基于电芯性能参数的变化情况下获得；所述性能参数为温度参数或SOC值或时间参数。

进一步的，限制速率获取步骤基于速率限制模块完成。

进一步的，开路电压计算步骤基于递归滤波器完成。

进一步的，开路电压计算步骤中，开路电压 OCV(t+1)＝K·UCell(t+1)+(1-K)·OCV(t)。

相对于现有技术，本发明的电池开路电压测量方法具有以下优势：

通过限制速率获取步骤，可以依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率，以减小采集到的电芯端电压的误差，并基于调整系统K，以及开路电压计算步骤，可以获得较为精准的电池开路电压值，进而，可以获取得到电池荷电状态SOC。

本发明同时提供一种电池开路电压测试系统，该系统包括：

电芯端电压获取模块，用于采集电芯端电压；

速率限制模块，与所述电芯端电压获取模块相连，所述速率限制模块依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；

递归滤波器，与所述速率限制模块相连，所述递归滤波器基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。

进一步的，该系统还包括：

计算单元，基于计算获得的电芯的开路电压，依据OCV-SOC表中的对应关系，计算电池荷电状态SOC。

相对于现有技术，本发明的电池开路电压测试系统，与如上的电池开路电压测试方法，具有相同的优势，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一测试系统的连接结构框图；

图2为本发明实施例二测试方法中限制速率获取步骤的方法流程图；

图3为本发明实施例二中递归滤波器的数据处理方法示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；所描述的实施例也仅为部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种电池开路电压测试系统，由图1所示，该系统主要包括电芯端电压获取模块，速率限制模块，递归滤波器，以及计算单元。其中，电芯端电压获取模块，用于采集电芯端电压；速率限制模块与所述电芯端电压获取模块相连，所述速率限制模块依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；递归滤波器，与所述速率限制模块相连，所述递归滤波器基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。计算单元基于计算获得的电芯的开路电压，依据OCV-SOC表中的对应关系，计算电池荷电状态SOC。

实施例二

本实施例涉及一种电池开路电压测量方法，该方法包括如下步骤：

采集电芯端电压步骤；

限制速率获取步骤，依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；

调整系数K确定步骤，计算开路电压和实际开路电压之间的误差，找出误差最小时的系数，作为调整系数K；

开路电压计算步骤，基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。

在如上步骤中，参考图2所示，限制速率获取步骤主要包括如下步骤：

最大充/放电电流Map获取步骤；

电芯SOC变化速率获取步骤，在充/放电情况下，计算电芯SOC变化速率，并获取最大的SOC变化速率Rate_max；

开路电压改变量获取步骤，根据OCV-SOC表，将SOC按照Rate_max为单位分为N个小格，计算每个小格对应的开路电压改变量ΔOCV；

限制速率确定步骤，依据获得的充电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max1；依据放电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max2；将获得的ΔOCV_max1作为上升限制速率，将获得的ΔOCV_max2作为下降限制速率。

其中，最大充/放电电流获取步骤中，基于电芯性能参数的变化情况下获得；所述性能参数为温度参数或SOC值或时间参数，即在获取最大充/放电电流步骤中，是获得电芯在不同温度、不同SOC值或不同时间下的最大充/放电电流；相应的，在电芯SOC变化速率获取步骤中，则是在充/放电情况下，分别计算不同温度、不同SOC或不同时间下的SOC变化速率。

基于此，如下以具体的实例，对ΔOCV_max1和ΔOCV_max2的获取过程进行示例性说明：

下降速率限制的计算过程如下：

在25℃时，假设电池包的额定容量为Q，单位安时(Ah)，以电芯在实际工作中的最大放电倍率N₁(即是电芯的最大放电电流)放电，满额定容量 (SOC＝100％)放电至容量为零(SOC＝0)的整个放电过程中所需的时间为T₁，单位秒(S)，那么T₁时刻电池包容量的变化速率

ΔQ＝N₁T₁/3600T

公式(1)中，T为一个采样周期。例如：额定容量Q＝50Ah，放电倍率N₁＝5C，那么C＝50A(此时电池包的最大放电电流为50A)，T₁＝0.1s，则电池包容量在T₁时刻的变化速率ΔQ＝N₁T₁/3600＝5×50×0.1÷3600÷T＝0.00694Ah/T。

电池包SOC在T₁时刻的变化速率为

Rate₁＝ΔQ/Q×100％

即一个采样周期内SOC的改变量。当额定容量不变，放电倍率(即放电电流)不同时，整个放电过程中所需要的时间也不同，可以得到SOC在不同时刻的变化速率Rate_n。找出这些变化速率Rate_n中的最大值Rate_max(即一个采样周期内SOC最大的改变量)。

根据开路电压与SOC的函数关系，将SOC按照Rate_max为单位均匀分为K个小格，每一个小格对应放电过程中一个采样周期内开路电压的改变量(ΔOCV)， (例如，假设采样周期为100ms，第一个采样周期内，SOC改变0.01％，开路电压改变ΔOCV₁＝1mv；第二个采样周期内，SOC改变0.01％，开路电压改变ΔOCV₂＝1.1mv)。找出其中最大的开路电压改变量ΔOCV_max1，将此时的ΔOCV_max1作为速率限制模块的下降限制速率。

上升限制速率的计算过程

在25℃时，假设电池包的额定容量为Q，单位安时(Ah)，以电芯的最大充电电流I₁进行恒流充电，额定容量为零(SOC＝0)充电至满额定容量(SOC＝100％)的充电过程中所需要的时间为T₂，单位秒(S)，那么T₂时刻电池包容量的变化速率

ΔQ₁＝I₁T₂/3600T

公式(3)中，T为一个采样周期。然后按照上述计算下降限制速率相同的步骤计算出充电过程中一个采样周期内最大的开路电压改变量ΔOCV_max2，将此时的ΔOCV_max2作为速率限制模块的上升限制速率。

图3示出了递归滤波器的数据处理方法示意图，以示意示意递归滤波器IIR 对开率电压计算的方式。具体来讲，递归滤波器实质上是一个含有反馈的滤波器，它的运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组成直接型、正准型、级联型和并联型四种结构形式，都具有反馈回路。

经上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号Ucell，以如下计算公式计算获得开路电压：

OCV(t+1)＝K·UCell(t+1)+(1-K)·OCV(t)。

其中计算系数K的范围在0到1之间的远小于1的数值。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其的限制；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池开路电压测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

采集电芯端电压步骤；

限制速率获取步骤，依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；

调整系数K确定步骤，计算开路电压和实际开路电压之间的误差，找出误差最小时的系数，作为调整系数K；

开路电压计算步骤，基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。

2.根据权利要求1所述的电池开路电压测量方法，其特征在于所述限制速率确定步骤包括如下步骤：

最大充/放电电流获取步骤；

电芯SOC变化速率获取步骤，在充/放电情况下，计算电芯SOC变化速率，并获取最大的SOC变化速率Rate_max；

开路电压改变量获取步骤，根据OCV-SOC表，将SOC按照Rate_max为单位分为N个小格，计算每个小格对应的开路电压改变量ΔOCV；

限制速率确定步骤，依据获得的充电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max1；依据放电过程中获得的开路电压改变量ΔOCV，获取开路电压改变量ΔOCV的最大值ΔOCV_max2；将获得的ΔOCV_max1作为上升限制速率，将获得的ΔOCV_max2作为下降限制速率。

3.根据权利要求2所述的电池开路电压测量方法，其特征在于：最大充/放电电流获取步骤中，基于电芯性能参数的变化情况下获得；所述性能参数为温度参数或SOC值或时间参数。

4.根据权利要求1所述的电池开路电压测试方法，其特征在于：限制速率获取步骤基于速率限制模块完成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池开路电压测量方法，其特征在于：开路电压计算步骤基于递归滤波器完成。

6.根据权利要求4所述的电池开路电压测量方法，其特征在于：开路电压计算步骤中，开路电压OCV(t+1)＝K·UCell(t+1)+(1-K)·OCV(t)。

7.一种电池开路电压测试系统，其特征在于该系统包括：

电芯端电压获取模块，用于采集电芯端电压；

速率限制模块，与所述电芯端电压获取模块相连，所述速率限制模块依据电芯性能参数的变化情况，确定电芯的上升限制速率和下降限制速率；

递归滤波器，与所述速率限制模块相连，所述递归滤波器基于上升限制速率、下降限制速率限制获得的电压信号，以及调整系数K，计算电芯的开路电压。

8.根据权利要求7所述的电池开路电压测试系统，其特征在于还包括：

计算单元，基于计算获得的电芯的开路电压，依据OCV-SOC表中的对应关系，计算电池荷电状态SOC。