CN109669131A - 一种工况环境下动力电池soc估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工况环境下动力电池SOC估算方法。解决了对电池SOC估算存在电池可用容量标定不准确，估算存在误差的问题。本发明包括工况下对电池容量标定，电池SOC_OCV曲线离散线性查询标定，增加误差修正倍率和区间快速修正估算误差。本发明能够根据工况环境的温度变化情况，对电池的初始容量进行标定，保证电池系统在工况环境下对SOC的估算更加准确，并且在估算过程中对误差进行实时修正，完成误差的快速消除，进一步使得SOC的估算更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池技术领域，尤其是涉及一种工况环境下动力电池SOC估算方法。
背景技术
随着电动汽车的发展，电池管理系统(BMS)也得到了广泛应用。为了充分发挥电池系统的动力性能、提高其使用的安全性、防止电池过充和过放，延长电池的使用寿命、优化驾驶和提高电动汽车的使用性能，BMS系统就要对电池的荷电状态即SOC进行准确估算。SOC是用来描述电池使用过程中可充入和放出容量的重要参数。目前电池SOC估算策略主要有：开路电压法、安时计量法、人工神经网络法、卡尔曼滤波法等，这些方法都基于准确知道电池组可用容量的基础上才能进行算法的很好估算。
目前，磷酸铁锂电池是应用在电动汽车上最多的电池，这种电池安全性高，单体寿命较长，但磷酸铁锂有一个致命的缺点，他的低温性能比其他技术体系的电池略差。低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响。比如，磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差，低温环境下容易产生极化，从而降低电池容量；因此在实际SOC估算时需要结合当前温度情况，准确的标定出当前电池组可用容量。现有SOC估算技术未考虑工况环境下电池温升对电池SOC容量变化的影响，从而在估算电池SOC时简单根据电池的初始温度对电池的容量进行标定，这样不能保证电池系统在工况环境下的精度。
实际应用的实时在线估算SOC的方法大多采用安时计量法，由于安时计量存在误差，随着使用时间的增加，累计误差会越来越大，所以单独采用该方法对电池的SOC进行估算并不能取得很好的效果。实际使用时，需要不断的对误差进行修正。目前在SOC修正的过程中普遍采用充电、放电末端校正或加快、减慢SOC的变化速率的方法，这样会导致SOC的跳变现象，这样会影响客户的使用体验。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中对电池SOC估算存在电池可用容量标定不准确，估算存在误差的问题，提供了一种工况环境下动力电池SOC估算方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种工况环境下动力电池SOC估算方法，包括：
S1.在初始上电工况温度下对电池容量进行标定，代入库伦计算中；
S2.离散化处理电池的SOC_OCV曲线线性查询方式获得标定SOC值；
S3.通过库伦计算获得估算SOC值，在判断估算SOC值与标定SOC值误差大于误差范围后，进行误差校正，获取误差校正后估算SOC值；
S4.判断误差校正后估算SOC值的变化，直到不超过校正范围，进行正常库伦计算，获取最终估算SOC值。本发明能够根据工况环境的温度变化情况，对电池的初始容量进行标定，保证电池系统在工况环境下对SOC的估算更加准确，并且在估算过程中对误差进行实时修正，完成误差的快速消除，进一步使得SOC的估算更加准确。
作为一种优选方案，所述步骤S1中初始上电工况温度下对电池容量进行标定的具体过程包括：
S11.根据工况环境下不同电池系统温升数据，获取SOC变换大于30％过程中的温升数值，计算这些温升数值的平均值；
S12.将电池系统上电后的初始温度与温升平均值相加，作为当前工况下的标定温度；
S13.将若干电池充电后分别在不同温度区间内进行放电，计算这些电池放电量的平均值，作为在不同温度区间下电池的可用容量；
S14.根据不同温度区间系电池的可用容量和标定温度，对当前工况的电池可用容量进行标定，作为计算电池SOC的库伦计数法的参数。本方案根据工况环境下不同电池系统温升数据和不同温度下电池的可用容量来对电池当前可用容量进行标定，使得SOC估算准确性更好。传统的动力电池SOC估算方法是通过库伦计数法，对电池的SOC进行估算，但该方法需要准确的知道电池当前可用容量，但由于动力电池的化学特性巨鼎了当电池的环境温度不同时，电池的可用容量是实时变化的，因此传统的SOC估算过程中以某一恒定的容量去标定电池的可用容量就导致工况环境下温度变化影响SOC估算的准确性。工况环境下不同电池系统温升数据通过电池监控系统获取。
作为一种优选方案，所述步骤S2中获得标定SOC值的过程包括：
S21.按3％的SOC区间，将电池的SOC_OCV曲线离散化为若干区间；按3％的SOC区间，将曲线分割成若干段。
S22.在每个3％的SOC区间内将电池的SOC_OCV曲线线性化；该线性化即在3％区间内将SOC_OCV曲线在区间两端的点用直线进行连接。
S23.根据离散线性化后的电池的SOC_OCV曲线查询出电池的SOC值为标定SOC值SOC标。
作为一种优选方案，所述步骤S3的具体内容包括：
S31.通过库伦计算得到估算SOC值SOC估，以及离散化处理电池的SOC_OCV曲线线性查询方式获得的SOC标，将SOC估和SOC标相差后得到SOC误；
S32.判断SOC估与SOC标的误差是否大于3％，若否返回步骤S1，若是进入下一步骤进行误差校正；
S33.判断SOC标是否大于SOC估，若是计算充电误差校正系数为：
K放＝10/(|SOC误|+10)
K充＝(|SOC误|+10)/10
若否计算充电误差校正系数为：
K充＝10/(|SOC误|+10)
K放＝(|SOC误|+10)/10
将计算得到的K放和K充代入到库伦计数法中计算SOC估。本方案在误差校正时，采用增加了误差修正倍率的方法，分别增加了计算出充电误差校正系数K充和放电误差校正系数K放，分别在充电和放电阶段同时对误差进行校正，使得SOC估算的准确性更高。传统的SOC误差修正在电池系统上电初始阶段，以及充电末端对SOC进行校正，该方法会导致SOC跳变，从而影响用户的使用体验。
作为一种优选方案，所述步骤S4的具体过程为：
S41.将误差校正后计算得到SOC估与未误差校正计算得到的SOC估进行比较；
S42.判断变化范围是否在10％范围内，若否返回步骤S32，若是结束误差校正，进入库伦计数法计算电池最终的估算SOC值。本方案误差校正范围采用误差变化区间在SOC上下变化10％的范围内完成校正，保证误差快速完成修正。对误差区间进行限制，超出限制区间结束误差校正，确保误差准确完成修正。
作为一种优选方案，在电池系统初始上电后进行自检、采集电池温度、电压信息，判断电池系统数据是否稳定，若不稳定则继续自检，若稳定则进入步骤S1。
因此，本发明的优点是：
1.结合电池在实际公开环境的电池温升情况，计算出SOC变化30％区间平均温度，对电池的初始容量进行标定，保证饿了电池系统在工况环境下对SOC的估算是准确的；
2.在SOC估算过程中及时的对误差进行修正，通过离散线性化查询SOC_OCV曲线，确保误差在3％的范围内，同时通过误差的就近修正方法，通过SOC上下变化3％的范围内完成误差的快速消除。
3.误差校正采用误差变化区间在SOC上下变化10％的范围内完成校正，保证误差快速完成修正。
附图说明
图1是本发明的一种流程示意图；
图2是本发明中公开环境温度下对电池容量进行标定的一种流程示意图；
图3是本发明中离散线性化处理SOC_OCV曲线获取标定SOC值的一种流程示意图；
图4是本发明实施例中例举的工况环境下电池温升数据变化示意图；
图5是本发明实施例中电池SOC_OCV曲线离散化线性处理的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例一种工况环境下动力电池SOC估算方法，如图1所示，其步骤包括，
S0.电池系统上电，电池系统进行上电自检，采集电池的温度、电压等信息；
判断电池系统数据是否稳定，若不稳定则返回继续自检，若稳定则进入下步骤。
S1.在初始上电工况温度下对电池容量进行标定，代入库伦计算中；具体过程如图2所示，包括：
S11.根据工况环境下电池系统温升数据，如图4所示，获取图中SOC变换大于30％过程中的温升数值，计算这些温升数值的平均值；
S12.将电池系统上电后的初始温度与温升平均值相加，作为当前工况下的标定温度；
S13.将若干电池充电后分别在不同温度区间内进行放电，计算这些电池放电量的平均值，作为在不同温度区间下电池的可用容量；
S14.根据不同温度区间下电池的可用容量和标定温度，对当前工况的电池可用容量进行标定，作为计算电池SOC的库伦计数法的参数。
S2.离散化处理电池的SOC_OCV曲线并线性查询方式获得标定SOC值；具体过程如图3所示，包括：
S21.按3％的SOC区间，将电池的SOC_OCV曲线离散化为若干区间，如图5所示，曲线上每两个圈之间为3％区间；
S22.在每个3％的SOC区间内将电池的SOC_OCV曲线线性化；将每个3％区间中两端的圈以直线相连，这样将曲线线性化。
S23.根据离散线性化后的电池的SOC_OCV曲线查询出电池的SOC值为标定SOC值SOC标。将曲线线性化后能通过每个3％区间的两个圈得出直线方程，根据电压值就能查询得到SOC值。
S3.通过库伦计算获得估算SOC值，在判断估算SOC值与标定SOC值误差大于误差范围后，进行误差校正，获取误差校正后估算SOC值；具体过程为：
S31.通过库伦计算得到估算SOC值SOC估，以及离散化处理电池的SOC_OCV曲线线性查询方式获得的SOC标，将SOC估和SOC标相差后得到SOC误；
S32.判断SOC估与SOC标的误差是否大于3％，若否返回步骤S1，若是进入下一步骤进行误差校正；
S33.判断SOC标是否大于SOC估，若是计算充电误差校正系数为：
K放＝10/(|SOC误|+10)
K充＝(|SOC误|+10)/10
若否计算充电误差校正系数为：
K充＝10/(|SOC误|+10)
K放＝(|SOC误|+10)/10
将计算得到的K放和K充代入到库伦计数法中计算SOC估。
S4.判断误差校正后估算SOC值的变化，直到不超过校正范围，进行正常库伦计算，获取最终估算SOC值。具体过程为：
S41.将误差校正后计算得到SOC估与未误差校正计算得到的SOC估进行比较；
S42.判断变化范围是否在10％范围内，若否返回步骤S32，若是结束误差校正，进入库伦计数法计算电池最终的估算SOC值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征在于：包括：
S1.在初始上电工况温度下对电池容量进行标定，代入库伦计算中；
S2.离散化处理电池的SOC_OCV曲线并线性查询方式获得标定SOC值；
S3.通过库伦计算获得估算SOC值，在判断估算SOC值与标定SOC值误差大于误差范围后，进行误差校正，获取误差校正后估算SOC值；
S4.判断误差校正后估算SOC值的变化，直到不超过校正范围，进行正常库伦计算，获取最终估算SOC值。
2.根据权利要求1所述的一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征是所述步骤S1中初始上电工况温度下对电池容量进行标定的具体过程包括：
S11.根据工况环境下电池系统温升数据，获取SOC变换大于30％过程中的温升数值，计算这些温升数值的平均值；
S12.将电池系统上电后的初始温度与温升平均值相加，作为当前工况下的标定温度；
S13.将若干电池充电后分别在不同温度区间内进行放电，计算这些电池放电量的平均值，作为在不同温度区间下电池的可用容量；
S14.根据不同温度区间下电池的可用容量和标定温度，对当前工况的电池可用容量进行标定，作为计算电池SOC的库伦计数法的参数。
3.根据权利要求1所述的一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征是所述步骤S2中获得标定SOC值的过程包括：
S21.按3％的SOC区间，将电池的SOC_OCV曲线离散化为若干区间；
S22.在每个3％的SOC区间内将电池的SOC_OCV曲线线性化；
S23.根据离散线性化后的电池的SOC_OCV曲线查询出电池的SOC值为标定SOC值SOC标。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征是所述步骤S3的具体内容包括：
S31.通过库伦计算得到估算SOC值SOC估，以及离散化处理电池的SOC_OCV曲线线性查询方式获得的SOC标，将SOC估和SOC标相差后得到SOC误；
S32.判断SOC估与SOC标的误差是否大于3％，若否返回步骤S1，若是进入下一步骤进行误差校正；
S33.判断SOC标是否大于SOC估，若是计算充电误差校正系数为：
K放＝10/(|SOC误|+10)
K充＝(|SOC误|+10)/10
若否计算充电误差校正系数为：
K充＝10/(|SOC误|+10)
K放＝(|SOC误|+10)/10
将计算得到的K放和K充代入到库伦计数法中计算SOC估。
5.根据权利要求4所述的一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征是所述步骤S4的具体过程为：
S41.将误差校正后计算得到SOC估与未误差校正计算得到的SOC估进行比较；
S42.判断变化范围是否在10％范围内，若否返回步骤S32，若是结束误差校正，进入库伦计数法计算电池最终的估算SOC值。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种工况环境下动力电池SOC估算方法，其特征是在电池系统初始上电后进行自检、采集电池温度、电压信息，判断电池系统数据是否稳定，若不稳定则继续自检，若稳定则进入步骤S1。
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