CN110320477A - 动力电池组的soc计算方法、装置和电动汽车 - Google Patents

动力电池组的soc计算方法、装置和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组的SOC计算方法、装置和电动汽车，该方法包括以下步骤：获取动力电池组的单体电池的充电曲线；根据充电曲线确定当前的充电阶段；当充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取高压充电拐点对应的电池包容量；获取当前温度，并根据当前温度获取动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC。根据本发明的方法，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。

Description

动力电池组的SOC计算方法、装置和电动汽车
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池组的SOC计算方法、一种非临时性计算机可读存储介质、一种动力电池组的SOC计算装置和一种电动汽车。
背景技术
面对电动汽车发展新机遇，世界各大汽车公司纷纷推出自己在电动汽车领域研究的最新成果。相比于传统汽车，电动汽车的主要成本和续航里程几乎完全取决于动力电池。
受限于单体电池的电压和容量，必须将成百个单体电池串联形成电池组，才能给电动汽车提供足够的功率和能量满足其加速爬坡和续航里程的要求。单体电池成组后，电压、电流、温度等可以直接测定，但其荷电状态SOC(State of Charge，荷电状态)则无法直接测定，只能通过一定方法估算。
电池的荷电状态SOC定义为其能放出的容量占其总的可放出容量的比例，现有的估算方法为OCV-SOC查表法，即根据电池电流、内阻、温度等数据计算电池内阻模型中的电池内阻两端电压，并结合电池电压信息，计算得到电池OCV(Open Circuit Voltage，开路电压)值。根据计算的OCV电压值及实验测定的OCV-SOC对应关系，查表得到电池的预估SOC。
OCV-SOC曲线为出厂时测定的标准曲线，而SOC与电池的使用历程有关。随着电池的老化，容量会发生一定程度的衰减，相同的OCV对应的SOC会有一定程度的变化。当到达电池寿命终点时，容量的衰减率可达20％，SOC估计的误差将达到25％以上。因此目前动力电池组SOC估算的准确性还有待提高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种动力电池组的SOC计算方法，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种动力电池组的SOC计算装置。
本发明的第四个目的在于提出一种电动汽车。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种动力电池组的SOC计算方法，包括以下步骤：获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线；根据所述充电曲线确定当前的充电阶段；当所述充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取所述高压充电拐点对应的电池包容量；获取当前温度，并根据所述当前温度获取所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；根据所述高压充电拐点对应的电池包容量和所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算所述动力电池组的SOC。
根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法，通过获取动力电池组中单体电池的充电曲线，并根据充电曲线确定当前的充电阶段，以及在高压充电拐点或高压平台充电阶段时根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC，由此，结合上一次满放时的电池包总容量这一计算条件，能够有效减小动力电池组老化对SOC估算的影响，并且该计算方法不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例提出的动力电池组的SOC计算方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行其存储的计算机程序，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种动力电池组的SOC计算装置，包括：第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线；确定模块，用于根据所述充电曲线确定当前的充电阶段；第二获取模块，用于在所述充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取所述高压充电拐点对应的电池包容量；第三获取模块，用于获取当前温度，并根据所述当前温度获取所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；计算模块，用于根据所述高压充电拐点对应的电池包容量和所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算所述动力电池组的SOC。
根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算装置，通过第一获取模块获取动力电池组中单体电池的充电曲线，并通过确定模块根据充电曲线确定当前的充电阶段，以及通过计算模块在高压充电拐点或高压平台充电阶段时根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC，由此，结合上一次满放时的电池包总容量这一计算条件，能够有效减小动力电池组老化对SOC估算的影响，并且该计算方法不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电动汽车，其包括本发明第三方面实施例提出的动力电池组的SOC计算装置。
根据本发明实施例的电动汽车，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过对本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的单体电池的充电曲线示意图；
图3为根据本发明一个实施例的充电曲线的导数曲线示意图；
图4为根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算装置的方框示意图；
图5为根据本发明实施例的电动汽车的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法、装置和电动汽车。
本发明实施例的电动汽车可为纯电动汽车或混合动力汽车，其动力电池组包括多个串联的单体电池，在动力电池组进行充电或动力电池组进行放电时，对应地，多个单体电池可同时进行充电或同时进行放电。
图1为根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法，包括以下步骤：
S1，获取动力电池组的单体电池的充电曲线。
在本发明的一个实施例中，动力电池组可为锂离子电池，动力电池组的初始SOC处于20％以下，例如可为5％，动力电池组的充电模式可为恒流充电模式，充电倍率小于1C。在以上述条件对动力电池组进行充电时，BMS(Battery Management System，电池管理系统)可对动力电池组的总电压、总电流、单体电池的电压、温度以及当前次充电时间等参数进行采集和记录。
可启动BMS充电算法以获取动力电池组中每个单体电池的充电曲线，即电压V与容量Ah的关系曲线。
在本发明的一个实施例中，某一单体电池的充电曲线可如图2所示，其导数曲线可如图3所示。
S2，根据充电曲线确定当前的充电阶段。
在本发明的一个实施例中，充电曲线的起始阶段可称为低压平台充电阶段LVP(Low Voltage Platform)。当充电阶段为低压平台充电阶段时，可根据安时积分法计算动力电池组的SOC，即根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，SOC0为SOC的初始值，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，I(t)为充电电流，η为充电效率。
当BMS充电算法检测到最后一个峰值为正的曲线拐点时，称该拐点为低压充电拐点VLVTP，随后进入中压平台充电阶段MVP(Middle Voltage Platform)。当BMS充电算法检测到峰值超出预设阈值的曲线拐点时，称该拐点为高压充电拐点VHVTP，随后进入高压平台充电阶段HVP(High Voltage Platform)。
S3，当充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取高压充电拐点对应的电池包容量。
S4，获取当前温度，并根据当前温度获取动力电池组在上一次满放时的电池包总容量。
S5，根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC。
当充电阶段为高压充电拐点时，动力电池组的SOC高于50％，可根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量。
当充电阶段为高压平台充电阶段时，可根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，ΔQ为从高压充电拐点开始计算的充电容量，即从高压充电拐点开始至当前充入动力电池组的电量。
进一步地，还可根据单体电池的具体状态对动力电池组的SOC进行修正。
在本发明的一个实施例中，当单体电池为动力电池组中的最后一节单体电池时，将最后一节单体电池的SOC作为动力电池组的SOC。由于最后到达高压充电拐点的一节单体电池是整个动力电池组中衰减最严重、容量最低的一节单体电池，因此该节单体电池的SOC可代表动力电池组的SOC。因此，当检测到最后一节单体电池的高压充电拐点时，即可将该节单体电池的SOC作为动力电池组的SOC。
在本发明的一个实施例中，可判断单体电池是否达到满电电压，如果达到满电电压，则将动力电池组的SOC修正为100％。
在本发明的一个实施例中，可判断单体电池的电压是否达到放电截止电压，如果达到放电截止电压，则将动力电池组的SOC修正为0％。
另外，为避免SOC跳变，对动力电池组SOC的修正可分段进行，例如每隔预设时间将SOC增加或减小预设幅度。
根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算方法，通过获取动力电池组中单体电池的充电曲线，并根据充电曲线确定当前的充电阶段，以及在高压充电拐点或高压平台充电阶段时根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC，由此，结合上一次满放时的电池包总容量这一计算条件，能够有效减小动力电池组老化对SOC估算的影响，并且该计算方法不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明上述实施例提出的动力电池组的SOC计算方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行其存储的计算机程序，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种动力电池组的SOC计算装置。
如图4所示，本发明实施例的动力电池组的SOC计算装置，包括：第一获取模块10、确定模块20、第二获取模块30、第三获取模块40和计算模块50。
其中，第一获取模块10用于获取动力电池组的单体电池的充电曲线；确定模块20用于根据充电曲线确定当前的充电阶段；第二获取模块30用于在充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取高压充电拐点对应的电池包容量；第三获取模块40用于获取当前温度，并根据当前温度获取动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；计算模块50用于根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC。
在本发明的一个实施例中，动力电池组可为锂离子电池，动力电池组的初始SOC处于20％以下，例如可为5％，动力电池组的充电模式可为恒流充电模式，充电倍率小于1C。在以上述条件对动力电池组进行充电时，BMS中的第一获取模块10可对动力电池组的总电压、总电流、单体电池的电压、温度以及当前次充电时间等参数进行采集和记录。可启动BMS充电算法以获取动力电池组中每个单体电池的充电曲线，即电压与容量的关系曲线。
在本发明的一个实施例中，某一单体电池的充电曲线可如图2所示，其导数曲线可如图3所示。
在本发明的一个实施例中，充电曲线的起始阶段可称为低压平台充电阶段LVP。当充电阶段为低压平台充电阶段时，计算模块50可根据安时积分法计算动力电池组的SOC，即根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，SOC0为SOC的初始值，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，I(t)为充电电流，η为充电效率。
当BMS充电算法检测到最后一个峰值为正的曲线拐点时，称该拐点为低压充电拐点VLVTP，随后进入中压平台充电阶段MVP。当BMS充电算法检测到峰值超出预设阈值的曲线拐点时，称该拐点为高压充电拐点VHVTP，随后进入高压平台充电阶段HVP。
当充电阶段为高压充电拐点时，动力电池组的SOC高于50％，计算模块50可根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量。
当充电阶段为高压平台充电阶段时，计算模块50可根据以下公式计算动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，ΔQ为从所述高压充电拐点开始计算的充电容量，即从高压充电拐点开始至当前充入动力电池组的电量。
进一步地，动力电池组的SOC计算装置还可包括修正模块，以根据单体电池的具体状态对动力电池组的SOC进行修正。
在本发明的一个实施例中，当单体电池为动力电池组中的最后一节单体电池时，修正模块可将最后一节单体电池的SOC作为动力电池组的SOC。由于最后到达高压充电拐点的一节单体电池是整个动力电池组中衰减最严重、容量最低的一节单体电池，因此该节单体电池的SOC可代表动力电池组的SOC。因此，当检测到最后一节单体电池的高压充电拐点时，即可将该节单体电池的SOC作为动力电池组的SOC。
在本发明的一个实施例中，动力电池组的SOC计算装置还可包括判断模块，判断模块可判断单体电池是否达到满电电压，如果达到满电电压，则修正模块将动力电池组的SOC修正为100％。
在本发明的一个实施例中，判断模块还可判断单体电池的电压是否达到放电截止电压，如果达到放电截止电压，则修正模块将动力电池组的SOC修正为0％。
另外，为避免SOC跳变，对动力电池组SOC的修正可分段进行，例如每隔预设时间将SOC增加或减小预设幅度。
根据本发明实施例的动力电池组的SOC计算装置，通过第一获取模块获取动力电池组中单体电池的充电曲线，并通过确定模块根据充电曲线确定当前的充电阶段，以及通过计算模块在高压充电拐点或高压平台充电阶段时根据高压充电拐点对应的电池包容量和动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算动力电池组的SOC，由此，结合上一次满放时的电池包总容量这一计算条件，能够有效减小动力电池组老化对SOC估算的影响，并且该计算方法不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种电动汽车。
如图5所示，本发明实施例的电动汽车1000，包括本发明上述实施例提出的动力电池组的SOC计算装置100，其具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。
根据本发明实施例的电动汽车，能够大大提高动力电池组SOC估算的方便性和准确性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线；
根据所述充电曲线确定当前的充电阶段；
当所述充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取所述高压充电拐点对应的电池包容量；
获取当前温度，并根据所述当前温度获取所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；
根据所述高压充电拐点对应的电池包容量和所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算所述动力电池组的SOC。
2.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，还包括：
当所述充电阶段为低压平台充电阶段时，根据安时积分法计算所述动力电池组的SOC。
3.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，当所述充电阶段为高压充电拐点时，根据以下公式计算所述动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量。
4.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，当所述充电阶段为高压平台充电阶段时，根据以下公式计算所述动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，ΔQ为从所述高压充电拐点开始计算的充电容量。
5.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，还包括：
当所述单体电池为所述动力电池中的最后一节单体电池时，将所述最后一节单体电池的SOC作为所述动力电池组的SOC。
6.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，还包括：
判断所述单体电池是否达到满电电压；
如果达到所述满电电压，则将所述动力电池组的SOC修正为100％。
7.如权利要求1所述的动力电池组的SOC计算方法，其特征在于，还包括：
判断所述单体电池的电压是否达到放电截止电压；
如果达到所述放电截止电压，则将所述动力电池组的SOC修正为0％。
8.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的动力电池组的SOC计算方法。
9.一种动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线；
确定模块，用于根据所述充电曲线确定当前的充电阶段；
第二获取模块，用于在所述充电阶段为高压充电拐点或高压平台充电阶段时，获取所述高压充电拐点对应的电池包容量；
第三获取模块，用于获取当前温度，并根据所述当前温度获取所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量；
计算模块，用于根据所述高压充电拐点对应的电池包容量和所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量计算所述动力电池组的SOC。
10.如权利要求9所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，所述计算模块还用于在所述充电阶段为低压平台充电阶段时，根据安时积分法计算所述动力电池组的SOC。
11.如权利要求9所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，当所述充电阶段为高压充电拐点时，所述计算模块根据以下公式计算所述动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量。
12.如权利要求9所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，当所述充电阶段为高压平台充电阶段时，所述计算模块根据以下公式计算所述动力电池组的SOC：
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包容量，Q0为所述动力电池组在上一次满放时的电池包总容量，ΔQ为从所述高压充电拐点开始计算的充电容量。
13.如权利要求9所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，还包括修正模块，当所述单体电池为所述动力电池中的最后一节单体电池时，所述修正模块将所述最后一节单体电池的SOC作为所述动力电池组的SOC。
14.如权利要求9所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，还包括判断模块，所述判断模块用于判断所述单体电池是否达到满电电压，所述修正模块还用于在所述单体电池达到所述满电电压时，将所述动力电池组的SOC修正为100％。
15.如权利要求14所述的动力电池组的SOC计算装置，其特征在于，所述判断模块还用于判断所述单体电池的电压是否达到放电截止电压，所述修正模块还用于在所述单体电池的电压达到所述放电截止电压时，将所述动力电池组的SOC修正为0％。
16.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9-15中任一项所述的动力电池组的SOC计算装置。
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