CN110361668A - 一种动力电池组荷电状态soc的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其由预处理模块，修正模块，安时积分模块，显示计算模块这四个模块组成。本发明的优点：可以依据预处理、修正、安时积分、显示计算等模块实现电池组荷电状态SOC准确的估算和平滑的显示。由于本发明在安时积分法的基础上增加了满充电满放电修正，长时间静置修正等功能，使得SOC计算更加准确，另外的，增加了显示SOC值根据SOC目标值加速减速趋近，充放电末端依据电压值跟随SOC值等功能，使得SOC显示效果更加平滑，综上，本发明不会给用户带来显示SOC偏大或偏小或跳变的困惑不安和恐惧，给用户带来了良好的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，属于动力电池系统的状态估计技术领域。
背景技术
电池管理系统是用来对动力电池组进行保护和管理的系统，其中，电池组的荷电状态(State of Charge,SOC)是一个基本和重要的状态信息，它表征了电池组的剩余电量的状态，依据SOC状态可对电池系统进行安全保护，充、放电管理，估算最大充、放电允许功率，预测电池系统可用能量。
电池组的荷电状态SOC的估算方法包括：开路电压法、内阻法、安时积分法、基于卡尔曼滤波的SOC估算模型算法等。安时积分法也称电流积分法、库伦记数法，该方法是实际系统中被广泛使用的一种方法。
安时积分法通过对电流在t0至t时间段内进行积分运算，可以得到电池在任何一个时间段内充电或放电的电量，即为电池的SOC值，因此准确测量电池的充放电电流和时间计数是该方法的关键。式(1-1)给出了电流积分法的计算表达式：
式中，SOC(t)代表t时刻电池的SOC值，SOC(0)代表t0时刻电池的SOC值，CN代表电池的额定容量(Ah)，η代表库伦效率，代表t0时刻至t时刻电池回路上流过的充放电电流I(A)(通常设放电方向为正方向，充电方向为负方向)的积分值。
电流的采样误差，将会造成SOC估算不准确。同时该方法也存在一些缺点，较难准确的预测库伦效率、不能准确估算因自放电或其他因素导致初始SOC值的变化。此外，电池的状态受工作环境温度的影响很大，环境的大幅度变化将导致较大的误差，对于这种开环的SOC估算方法而言，无法避免随时间增加而造成的累计误差。
因此，单纯采用安时积分法的荷电状态SOC估算会导致误差较大，不能满足正常应用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法。
本发明通过下述方案实现：一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：其由预处理模块，修正模块，安时积分模块，显示计算模块这四个模块组成。
所述预处理模块由电压处理子模块，电流处理子模块，温度处理子模块，容量处理子模块和长时间静置判定模块组成。
所述修正模块由修正有效性标志判定子模块、满充电修正判定子模块、判定最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大修正SOC值、满放电修正判定子模块、判定最小SOC的长时间静置修正子模块、计算最小SOC值长时间静置修正子模块、计算最小修正SOC值组成。
所述安时积分模块由安时积分计算充电SOC增加量子模块、安时积分计算放电SOC减少量子模块、计算SOC累积循环数子模块、安时积分法计算最大和最小SOC子模块组成。
所述显示计算模块由计算SOC目标值子模块、计算放电显示SOC值子模块、计算充电显示SOC值子模块、计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块、计算SOC显示值子模块组成。
所述满充电修正判定子模块的满充电修正的条件是最大电压持续大于满充电阈值，判定最大SOC值长时间静置修正子模块的条件是无电流且静置最大电压不在电芯的SOC-OCV表的平台区范围内且上次下电前电池系统状态为放电状态、系统上电时刻与上次下电时刻的时间间隔大于15分钟，计算最大SOC值长时间静置修正子模块依据静置最大电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值，计算最大修正SOC值为满充电后设为100，，如果是长时间静置后设为上述修正值。满放电修正判定子模块的满放修正的条件是最小电压持续小于满放电压阈值。判定最小SOC的长时间静置修正的条件为无电流且静置最小电压不在SOC-OCV表平台区范围内,且系统上次下电前是为放电状态，系统上电时刻与下电时刻的时间间隔大于15分钟，计算最小SOC值长时间静置修正子模块依据静置最小电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值，计算最小修正SOC值为满放电时设为0，如果是长时间静置后设为上述修正值。
安时积分计算充电SOC增加量子模块、安时积分计算放电SOC减少量子模块、计算SOC累积循环数子模块、安时积分法计算最大和最小SOC子模块组成。
所述安时积分法计算最大和最小SOC子模块按照下列公式计算SOC值：
SOCmax＝SOC′max+I*T/C；
SOCmin＝SOC′min+I*T/C；
计算SOC目标值子模块中，首先计算目标SOC值为最大最小SOC的一个中间值，其计算公式为：SOCtarget＝SOCmin/(1-(SOCmax-SOCmin))，计算放电显示SOC值子模块中，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则放电显示SOC值加速下降，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则放电显示SOC值减速下降。
所述计算充电显示SOC值子模块中，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则充电显示SOC值加速上升，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则充电显示SOC值减速上升，其计算公式为：
SOCdisplay＝SOC′display+(I*T/C)*S；
所述计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，充电时高压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满充电压的差值的比例乘以满充电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCHighVol＝SOC′HighVol+(SOCfull-SOC′HighVol)*(VHighVol-V′HighVol)/(Vfull-V'HighVol)
所述计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，放电时低压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满放电压的差值的比例乘以满放电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCLowVol＝SOC′LowVol+(SOCempty-SOC′LowVol)*(VLowVol-V′LowVol)/(Vempty-V'LowVol)。
所述计算SOC显示值子模块中，如果满放电修正的时候SOC显示值设为0，否则如果满充电修正的时候SOC显示值设为100，否则如果电压跟随的时候SOC显示值设为电压跟随值，否则如果显示SOC与目标SOC值的差值大于阈值(设为30％)的时候SOC显示值设为目标SOC值，否则SOC显示值设为显示SOC值。
本发明的有益效果为：鉴于传统的荷电状态SOC估算方法存在累计误差比较大的问题，本发明的荷电状态SOC估算方法可以依据预处理、修正、安时积分、显示计算等模块实现电池组荷电状态SOC准确的估算和平滑的显示。由于本发明在安时积分法的基础上增加了满充电满放电修正，长时间静置修正等功能，使得SOC计算更加准确，另外的，增加了显示SOC值根据SOC目标值加速减速趋近，充放电末端依据电压值跟随SOC值等功能，使得SOC显示效果更加平滑，综上，本发明不会给用户带来显示SOC偏大或偏小或跳变的困惑不安和恐惧，给用户带来了良好的使用体验。
附图说明
图1为本发明一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法的示意图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：其由预处理模块，修正模块，安时积分模块，显示计算模块这四个模块组成。
进一步的，上述电池组荷电状态估算方法，其中，修正模块由修正有效性标志判定子模块、满充电修正判定子模块、判定最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大修正SOC值、满放电修正判定子模块、判定最小SOC的长时间静置修正子模块、计算最小SOC值长时间静置修正子模块、计算最小修正SOC值组成。
其中，满充电修正判定子模块的满充电修正的条件是最大电压持续大于满充电阈值(磷酸铁锂电芯为3.7V)。
其中，判定最大SOC值长时间静置修正子模块的条件是无电流且静置最大电压不在电芯的SOC-OCV表的平台区范围内且上次下电前电池系统状态为放电状态、系统上电时刻与上次下电时刻的时间间隔大于15分钟。
其中，计算最大SOC值长时间静置修正值依据静置最大电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值。
其中，计算最大修正SOC值为满充后设为100，如果是长时间静置后设为上述修正值。
其中，满放电修正判定子模块的满放电修正的条件是最小电压持续小于满放电电压阈值(磷酸铁锂电芯为2.7V)。
其中，判定最小SOC的长时间静置修正的条件为无电流且静置最小电压不在SOC-OCV表平台区范围内,且系统上次下电前是为放电状态，系统上电时刻与下电时刻的时间间隔大于15分钟。
其中，计算最小SOC值长时间静置修正值依据静置最小电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值。
其中，计算最小修正SOC值为满放电时设为0，如果是长时间静置后设为上述修正值。
进一步的，上述电池组荷电状态估算方法，其中，安时积分模块由安时积分计算充电SOC增加量子模块、安时积分计算放电SOC减少量子模块、计算SOC累积循环数子模块、安时积分法计算最大和最小SOC子模块组成。
其中安时积分法计算最大和最小SOC子模块的方法为：如果系统长时间静置修正后最大和最小SOC值为上述最大或最小修正SOC值，并按照下列公式计算SOC值：
SOCmax＝SOC′max+I*T/C；
SOCmin＝SOC′min+I*T/C。
其中，SOCmax，SOCmin为当前时刻的最大和最小SOC值，SOCmax’和SOCmin’为上一时刻的最大和最小SOC值，I为电流值(电池组并联时，I为总电流除以并联数量)，充电时I为正值，放电时I为负值，T为采样和计算周期，C为电池真实容量。
进一步的，上述电池组荷电状态估算方法，其中，显示计算模块由计算SOC目标值子模块、计算放电显示SOC值子模块、计算充电显示SOC值子模块、计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块、计算SOC显示值子模块组成。
其中，计算SOC目标值子模块中，首先计算目标SOC值为最大最小SOC的一个中间值，其计算公式为：
SOCtarget＝SOCmin/(1-(SOCmax-SOCmin))
并且判定显示SOC值与目标值的差值的绝对值如果大于阈值(设为30％)则直接修正标志置位。
计算放电显示SOC值子模块中，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则放电显示SOC值加速下降，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则放电显示SOC值减速下降；
计算充电显示SOC值子模块中，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则充电显示SOC值加速上升，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则充电显示SOC值减速上升。
其计算公式为：
SOCdisplay＝SOC′display+(I*T/C)*S
其中，SOCdisplay为当前时刻的显示SOC值，SOCdisplay’为上一时刻的显示SOC值，I为电流值(电池组并联时，I为总电流除以并联数量)，充电时I为正值，放电时I为负值，T为采样和计算周期，C为电池真实容量，S取加速是大于1的常量值减速时小于1的常量值。
计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，充电时高压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满充电压的差值的比例乘以满充电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCHighVol＝SOC′HighVol+(SOCfull-SOC′HighVol)*(VHighVol-V′HighVol)/(Vfull-V'HighVol)
其中，SOCHighVol为当前时刻的的充电高压跟随SOC值，SOCHighVol’为上一时刻的充电高压跟随SOC值，SOCfull为满充电时候的SOC值一般取100,VHighVol为当前时刻充电高压电压值，VHighVol’为上一时刻充电高压电压值，Vfull为满充电截止电压值(例如，磷酸铁律电芯为3.7V)。
计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，放电时低压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满放电压的差值的比例乘以满放电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCLowVol＝SOC′LowVol+(SOCempty-SOC′LowVol)*(VLowVol-V′LowVol)/(Vempty-V'LowVol)
其中，SOCLowVol为当前时刻的的放电低压跟随SOC值，SOCLowVol’为上一时刻的的放电低压跟随SOC值，SOCempty为放空时候的SOC值一般取0,VLowVol为当前时刻放电低压电压值，VLowVol’为上一时刻放电低压电压值，Vempty为放空截止电压值(例如，磷酸铁律电芯为2.7V)。
计算SOC显示值子模块中，如果满放电修正的时候SOC显示值设为0，否则如果满充电修正的时候SOC显示值设为100，否则如果电压跟随的时候SOC显示值设为电压跟随值，否则如果显示SOC与目标SOC值的差值大于阈值(设为30％)的时候SOC显示值设为目标SOC值，否则SOC显示值设为显示SOC值。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：其由预处理模块，修正模块，安时积分模块，显示计算模块这四个模块组成。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述预处理模块由电压处理子模块，电流处理子模块，温度处理子模块，容量处理子模块和长时间静置判定模块组成。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述修正模块由修正有效性标志判定子模块、满充电修正判定子模块、判定最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大SOC值长时间静置修正子模块、计算最大修正SOC值、满放电修正判定子模块、判定最小SOC的长时间静置修正子模块、计算最小SOC值长时间静置修正子模块、计算最小修正SOC值组成。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述安时积分模块由安时积分计算充电SOC增加量子模块、安时积分计算放电SOC减少量子模块、计算SOC累积循环数子模块、安时积分法计算最大和最小SOC子模块组成。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述显示计算模块由计算SOC目标值子模块、计算放电显示SOC值子模块、计算充电显示SOC值子模块、计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块、计算SOC显示值子模块组成。
6.根据权利要求3所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述满充电修正判定子模块的满充电修正的条件是最大电压持续大于满充电阈值，判定最大SOC值长时间静置修正子模块的条件是无电流且静置最大电压不在电芯的电压SOC表的低斜率平台区且上次下电前是为放电且上电时刻距离下电时刻大于15分钟，计算最大SOC值长时间静置修正子模块依据静置最大电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值，计算最大修正SOC值为满充电后设为100，如果是长时间静置后设为上述修正值。满放电修正判定子模块的满放修正的条件是最小电压持续小于满放电压阈值。判定最小SOC的长时间静置修正的条件为无电流且静置最小电压不在SOC-OCV表平台区范围内,且系统上次下电前是为放电状态，系统上电时刻与下电时刻的时间间隔大于15分钟，计算最小SOC值长时间静置修正子模块依据静置最小电压查开路电压-荷电状态表格得到该修正值，计算最小修正SOC值为满放电时设为0，如果是长时间静置后设为上述修正值。
7.根据权利要求4所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述安时积分法计算最大和最小SOC子模块按照下列公式计算SOC值：
SOCmax＝SOC′max+I*T/C，
SOCmin＝SOC′min+I*T/C。
8.根据权利要求5所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述计算SOC目标值子模块中，首先计算目标SOC值为最大最小SOC的一个中间值，其计算公式为：SOCtarget＝SOCmin/(1-(SOCmax-SOCmin))，计算放电显示SOC值子模块中，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则放电显示SOC值加速下降，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则放电显示SOC值减速下降；
所述计算充电显示SOC值子模块中，判定如果目标值大于显示单步增加后的值则充电显示SOC值加速上升，判定如果目标值小于显示单步减少后的值则充电显示SOC值减速上升，其计算公式为：
SOCdisplay＝SOC′display+(I*T/C)*S；
计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，充电时高压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满充电压的差值的比例乘以满充电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCHighVol＝SOC′HighVol+(SOCfull-SOC′HighVol)*(VHighVol-V′HighVol)/(Vfull-V'HighVol)。
9.根据权利要求5所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述计算充放电高低压显示SOC电压跟随值子模块中，放电时低压满足阈值后开启跟随功能，根据电压此刻电压与上一时刻电压变化量与上一时刻电压和满放电压的差值的比例乘以满放电SOC与上一时刻SOC的差值确定SOC的变化量，其计算公式为：
SOCLowVol＝SOC′LowVol+(SOCempty-SOC′LowVol)*(VLowVol-V′LowVol)/(Vempty-V'LowVol)。
10.根据权利要求5所述的一种动力电池组荷电状态SOC的估算方法，其特征在于：所述计算SOC显示值子模块中，如果满放电修正的时候SOC显示值设为0，否则如果满充电修正的时候SOC显示值设为100，否则如果电压跟随的时候SOC显示值设为电压跟随值，否则如果显示SOC与目标SOC值的差值大于阈值(设为30％)的时候SOC显示值设为目标SOC值，否则SOC显示值设为显示SOC值。
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