CN110470993B - 一种启停电池soc算法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车动力电池管理技术领域，公开了一种启停电池SOC算法，采用将SOC与SOH关联、与温度关联的策略，SOC跟随的策略，基于电池模型估算SOC，再过滤得到SOC目标，定义公式计算得到下一时刻的SOC显示(T0+dt时刻)，再将电芯SOC转换为系统SOC，通过本发明的算法策略，对启停电池SOC估算进行修正，提高启停电池系统SOC估算精度，特别适合48V启停系统及HEV系统的SOC算法。

Description

一种启停电池SOC算法
技术领域
本发明涉及电动汽车动力电池管理技术领域，特别涉及一种启停电池SOC算法。
背景技术
放眼全球环境，能源日益枯竭，环境越来越恶化，温室效益使全球平均温度每年都上升，为了应对这种全球化危机，各个国家达成巴黎协定，控制全球温度上升。控制全球温度上升，最主要的是控制CO2排放，故采用新能源技术的电动汽车在当今世界受到了越来越多的汽车制造商与国内外研究者的重视。
电动汽车具有环境污染小、噪音低、能源使用效率高等优点。但由于电池技术并不是特别成熟，目前无法完全取代传统燃油车，故在长期的一段时间里，电动车和内燃机车会长期共存。CAFC油耗法规对燃油车的平均油耗越来越要求严格，要满足2020年达到5L/100km，传统燃油车较为难达到，特别对于体积大质量大的SUV，所以48V启停系统的这类微混车型应运而生。
为了保证电动汽车行驶的可靠性、高效性与安全性，必须依靠电池管理系统对动力电池进行有效管理，来保障动力电池的安全，延长电池的使用寿命。而电池SOC估算是电池管理系统的重要功能，能否精确估算电池SOC直接关系到电池管理系统的性能优劣。现如今，国内外提出了不少的电池SOC估算方法，但在实际使用过程中，由于使用环境的复杂性和电池本身老化、自放电等因素，使得估算SOC变得复杂，估算结果精度不高。在48V启停系统领域，长时间高倍率电流会造成安时积分累积误差，并且不同于纯电动汽车有满充满放过程，48V启停的使用区间是30％～80％，长时间累积误差会慢慢增大，所以必须引入新的SOC算法策略，对启停电池SOC估算进行修正。
发明内容
本发明的目的是提供一种启停电池SOC算法，具有对启停电池SOC估算进行修正、减小安时积分累积误差、提高启停电池系统SOC估算精度的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种启停电池SOC算法，包括以下步骤，
步骤一，和SOH关联，当前容量Q当前＝Q额定*SOH；
Figure GDA0003096018560000011
步骤二，和温度关联，当前容量Q当前＝Q额定*SOH*K温度系数；
Figure GDA0003096018560000021
步骤三，基于电池模型的估算SOC，基于电池模型，利用公式计算出Uocv，根据Uocv查表推算出SOC，记为SOC估算；
步骤四，SOC跟随策略，定义报文里显示的SOC值为SOC显示，T0时刻显示的SOC为SOC显示(T0时刻)；定义偏真实的SOC为SOC目标，SOC目标通过SOC估算和SOC显示计算得来；
定义公式：
Figure GDA0003096018560000022
P值是一个变化的量，根据SOC显示与SOC目标的差别进行赋值；
步骤五，将电芯SOC转换为系统SOC，启停电池系统中包含多串电芯，电量最高的电芯SOC记为SOCmax,电量最低电芯记为SOCmin，启停电池系统SOC记为SOCpack，SOCpack计算公式为：
SOCpack＝X*SOCmin+(1-X)SOCmax；
X的取值如下：
当SOCmin＝0％时，X值为1；
当0％＜SOCmin＜SOCmax≤70％时，X值为1；
当70％＜SOCmax＜100％，X值为(-10/3)*(SOCmax+1)；
当SOCmax＝100％时，X值为0；
步骤四中，SOC目标的计算公式为：SOC目标＝N*SOC估算+(1-N)*SOC显示；N的范围在[0，1]；
定义公式N＝N1*N2*N3*N4，
Figure GDA0003096018560000023
Figure GDA0003096018560000031
本发明的进一步设置为：步骤三中，根据不同SOC、不同温度和不同倍率的DCR数据，可以计算出极化电阻RP、极化电容CP、欧姆内阻R0和时间常数
Figure GDA0003096018560000036
依据电池模型及BMS监控的单体电压Ucell、温度和电流，利用公式计算出Uocv；
利用零状态响应：
Figure GDA0003096018560000032
利用零输入响应：
Figure GDA0003096018560000033
根据Uocv查表，可以推算出SOC估算。
本发明的进一步设置为：步骤四中，P值的赋值规则如下：
当SOC显示与SOC目标相差5％以内，P值为1；
当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标大于SOC显示，充电方向：P1∈[1,10]，差别越大，P值越大；放电方向：P2∈[0.1,1]，差别越大，P值越小；
当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标小于SOC显示，充电方向：P1∈[0.1,1]，差别越大，P值越大；放电方向：P2∈[1,10]，差别越大，P值越小。
本发明的进一步设置为：当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标大于SOC显示，充电方向：P1∈[1,10]，差别越大，P值越大；
Figure GDA0003096018560000034
放电方向：P2∈[0.1,1]，差别越大，P值越小；
Figure GDA0003096018560000035
本发明的有益效果是：采用将SOC与SOH关联、与温度关联的策略，SOC跟随的策略，基于电池模型估算SOC，再过滤得到SOC目标，定义公式计算得到下一时刻的SOC显示(T0+dt时刻)，再将电芯SOC转换为系统SOC，通过本发明的算法策略，对启停电池SOC估算进行修正，提高启停电池系统SOC估算精度，特别适合48V启停系统及HEV系统的SOC算法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的算法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例：一种启停电池SOC算法，包括以下步骤：
步骤一，和SOH关联，安时积分的容量不是一成不变的，随着电芯老化，电芯容量不断减少，故安时积分公式中容量也需要相应的变化，当前容量Q当前＝Q额定*SOH；
Figure GDA0003096018560000041
步骤二，和温度关联，不同温度下电池的容量会有差异，根据当前电芯所处的温度，调整安时积分的容量值，当前容量Q当前＝Q额定*SOH*K温度系数；
Figure GDA0003096018560000042
步骤三，基于电池模型的估算SOC，根据不同SOC、不同温度和不同倍率的DCR数据，可以计算出极化电阻RP、极化电容CP、欧姆内阻R0和时间常数
Figure GDA0003096018560000045
依据电池模型及BMS监控的单体电压Ucell、温度和电流，利用公式计算出Uocv：
利用零状态响应：
Figure GDA0003096018560000043
利用零输入响应：
Figure GDA0003096018560000044
根据Uocv查表，可以推算出SOC估算。
步骤四，SOC跟随策略，定义报文里显示的SOC值为SOC显示，T0时刻显示的SOC为SOC显示(T0时刻)；定义偏真实的SOC为SOC目标，SOC目标通过SOC估算和SOC显示计算得来；
SOC目标的计算公式为：SOC目标＝N*SOC估算+(1-N)*SOC显示；N的范围在[0，1]；定义公式N＝N1*N2*N3*N4。
Figure GDA0003096018560000051
定义公式：
下一时刻的
Figure GDA0003096018560000052
P值是一个变化的量，根据SOC显示与SOC目标的差别进行赋值；
Figure GDA0003096018560000053
Figure GDA0003096018560000061
步骤五，将电芯SOC转换为系统SOC，启停电池系统中包含多串电芯，电芯一致性不可能完全一样，故存在电量最高电芯和电量最低电芯，电量最高的电芯SOC记为SOCmax,电量最低电芯记为SOCmin，启停电池系统SOC记为SOCpack，SOCpack计算公式为：
SOCpack＝X*SOCmin+(1-X)SOCmax；
X的取值如下：
SOC<sub>min</sub>、SOC<sub>max</sub>范围 X值
SOC<sub>min</sub>＝0％ 1
0％＜SOC<sub>min</sub>＜SOC<sub>max</sub>≤70％ 1
70％＜SOC<sub>max</sub>＜100％ (-10/3)*(SOC<sub>max</sub>+1)
SOC<sub>max</sub>＝100％ 0

Claims (4)

1.一种启停电池SOC算法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，和SOH关联，当前容量Q当前＝Q额定*SOH；
Figure FDA0003096018550000011
步骤二，和温度关联，当前容量Q当前＝Q额定*SOH*K温度系数；
Figure FDA0003096018550000012
步骤三，基于电池模型的估算SOC，基于电池模型，利用公式计算出Uocv，根据Uocv查表推算出SOC，记为SOC估算；
步骤四，SOC跟随策略，定义报文里显示的SOC值为SOC显示，T0时刻显示的SOC为SOC显示(T0时刻)；定义偏真实的SOC为SOC目标，SOC目标通过SOC估算和SOC显示计算得来；
定义公式：
下一时刻的
Figure FDA0003096018550000013
P值是一个变化的量，根据SOC显示与SOC目标的差别进行赋值；
步骤五，将电芯SOC转换为系统SOC，启停电池系统中包含多串电芯，电量最高的电芯SOC记为SOCmax,电量最低电芯记为SOCmin，启停电池系统SOC记为SOCpack，SOCpack计算公式为：
SOCpack＝X*SOCmin+(1-X)SOCmax；
X的取值如下：
当SOCmin＝0％时，X值为1；
当0％＜SOCmin＜SOCmax≤70％时，X值为1；
当70％＜SOCmax＜100％，X值为(-10/3)*(SOCmax+1)；
当SOCmax＝100％时，X值为0；
步骤四中，SOC目标的计算公式为：SOC目标＝N*SOC估算+(1-N)*SOC显示；N的范围在[0，1]；
定义公式N＝N1*N2*N3*N4，
当车辆处于怠速工况或者电流较为持续平稳时，N1＝0.9；
当电流波动较大时，N1＝0.5；
当SOC处于非平台期时，N2＝0.9；
当SOC处于平台期时，N2＝0.3；
当连续3次SOC估算都相差5％以内时，N 3＝0.8+(M-3)*0.05，M为SOC估算值在5％范围内连续次数；
当当前SOC估算和前后时刻相差5％～30％之间时，N3＝0.3；
当当前SOC估算和前后时刻相差30％以上时，N3＝0.1；
当SOC估算与SOC显示偏差大于40％时，N4＝0.5；
当SOC估算与SOC显示偏差大于30％，小于等于40％时，N4＝0.7；
当SOC估算与SOC显示偏差小于30％时，N4＝0.95。
2.根据权利要求1所述的一种启停电池SOC算法，其特征在于：步骤三中，根据不同SOC、不同温度和不同倍率的DCR数据，可以计算出极化电阻RP、极化电容CP、欧姆内阻R0和时间常数τ，依据电池模型及BMS监控的单体电压Ucell、温度和电流，利用公式计算出Uocv：
利用零状态响应：
Figure FDA0003096018550000021
利用零输入响应：
Figure FDA0003096018550000022
根据Uocv查表，可以推算出SOC估算。
3.根据权利要求1所述的一种启停电池SOC算法，其特征在于：步骤四中，P值的赋值规则如下：
当SOC显示与SOC目标相差5％以内，P值为1；
当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标大于SOC显示，充电方向：P1∈[1,10]，差别越大，P值越大；放电方向：P2∈[0.1,1]，差别越大，P值越小；
当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标小于SOC显示，充电方向：P1∈[0.1,1]，差别越大，P值越大；放电方向：P2∈[1,10]，差别越大，P值越小。
4.根据权利要求3所述的一种启停电池SOC算法，其特征在于：当SOC显示与SOC目标差别大于5％，且SOC目标大于SOC显示，充电方向：P1∈[1,10]，差别越大，P值越大,
Figure FDA0003096018550000023
放电方向：P2∈[0.1,1]，差别越大，P值越小；
Figure FDA0003096018550000024
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