CN111509313A - 一种用于磷酸铁锂电池的soc修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法，属于车辆电池领域。该方法包括：对放空电后的电池以恒定电流进行首次充电，并实时记录充电电量和电池电压；根据实时记录的数据绘制dQ/dV‑容量曲线；取dQ/dV‑容量曲线中的目标波谷区域中的预设点对应的充电电量作为参照电量；在电池进行满足预设条件的外接充电且充电电量处于预设范围内时，实时计算dQ/dV，预设范围包含预设点；取预设范围内的dQ/dV的最小值作为测量电量；根据参照电量和测量电量修正电池的显示SOC。本发明的SOC修正方法准确度高、标定数据量少、标定周期短且计算量低。

Description

一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法

技术领域

本发明涉及车辆电池领域，特别是涉及一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法。

背景技术

动力电池是新能源汽车的关键部件，动力电池的寿命直接影响着用户的使用成本和整车的性能。磷酸铁锂电池由于其高安全性、长循环寿命和低成本被广泛应用到新能源车中。SOC(state of charge)代表了电池的荷电状态，是动力电池系统的一个关键指标，广泛的应用于整车的控制策略、续驶里程估算等。

目前SOC的基础算法一般是采用按时积分的方式，增加上各种修正策略。在修正策略方面，分为几种，一种为采用静态修正，即采用电池静态的OCV电压进行SOC的修正。第二种为满充满放修正，通过电池满充电和放空电进行SOC的修正。第三种为标定一定的充放电倍率-动态电压的曲线，电池在使用的时候，如何满足了标定的曲线，对SOC进行修正。除此之外，还有采用卡尔曼滤波的方式进行SOC动态计算的，即建立动力电池一阶或者二阶方程，通过实验标定出方程的系数后，对SOC实时进行计算。

针对于目前广泛采取的SOC修正方式，由于磷酸铁锂电池的OCV比较平，在平台期无法采用静态电压来修正SOC。在SOC非平台期，用静态电压进行判断的时候，需要将电池长时间搁置。且随着电池的衰减，SOC－OCV会随之变化，所以采用此方式标定出来的SOC并不准确。标定不同的充放电电流-动态电压曲线进行修正的时候，即使标定了大量的参数，也无法覆盖所有的用户使用情况。采用卡尔曼滤波方式进行SOC计算的时候，对BMS的硬件资源占用率比较高，且随着电池的衰减，模型里的函数会进行变化，需要对整个电池生命周期的参数标定后才能比较准确的进行计算，所需时间长，测试量大。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种准确度高的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法。

本发明一个进一步的目的是要减少标定数据量、缩短标定周期并降低计算量。

本发明另一个进一步的目的是要提高SOC修正方法适用性。

特别地，本发明提供了一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法，包括：

对放空电后的电池以恒定电流进行首次充电，并在首次充电过程中实时记录充电电量和电池电压；

根据实时记录的所述充电电量和所述电池电压绘制dQ/dV-容量曲线；

取所述dQ/dV-容量曲线中的目标波谷区域中的预设点对应的所述充电电量作为参照电量；

在所述电池进行满足预设条件的外接充电且所述充电电量处于预设范围内时，实时计算的所述充电电量的变化量与所述电池电压的变化量的比值，所述预设范围包含所述预设点；

取所述预设范围内的所述充电电量的变化量与所述电池电压的变化量的比值的最小值作为测量电量；

根据所述参照电量和所述测量电量修正所述电池的显示SOC。

可选地，所述预设点的后方至少有连续预设数量个较大点，所述较大点与所述预设点处于同一波谷区域且所述较大点的纵坐标均大于所述预设点的纵坐标。

可选地，所述预设范围的下限值大于所述dQ/dV-容量曲线中所述预设点之前的首个波峰区域的最高点所对应的所述充电电量。

可选地，所述目标波谷区域选取为所述dQ/dV-容量曲线中横坐标大于充电容量阈值范围内的波谷区域，所述充电容量阈值为用户起始充电的统计值。

可选地，所述预设条件为同时满足以下条件：

接收到外接充电信号、充电电流小于标称容量所对应的电流且所述充电电流稳定在系统请求电流的预设偏差范围内。

可选地，根据所述参照电量和所述测量电量修正所述电池的显示SOC，包括：

记录所述电池进行满足所述预设条件的外接充电的起始SOC值；

计算所述参照电量与所述测量电量的差值与所述电池的总容量的百分比值；

将所述百分比值与所述起始SOC值的差值作为误差值；

修正所述显示SOC至消除所述误差值。

可选地，修正所述显示SOC至消除所述误差值，包括：

将所述显示SOC与所述误差值的和作为真实SOC；

将所述显示SOC随时间变化平滑过渡到所述真实SOC。

可选地，所述首次充电在所述电池装车前在台架上、装车后在整车上或单体电池实验室内进行。

本发明将所绘制的dQ/dV-容量曲线的波谷区域中的预设点作为参照真实电量用来修正电池的显示SOC，由于多次实验证明，该波谷区域中的预设点的值不会随着电池使用次数及寿命的变化而变化，因此能够作为较为准确的参照点，提高了电池SOC值的动态修正的准确度。

进一步地，本发明获得参照真实电量的过程只需要记录电池首次充电过程的数据，因此标定数据量少，标定周期短且计算量小。

进一步地，本发明的目标波谷区域选取为所述dQ/dV-容量曲线中横坐标大于充电容量阈值范围内的波谷区域，充电容量阈值为用户起始充电的统计值。一般车辆在使用时，不会在电池电量耗尽时才进行外接充电，通常在电量为30％-40％(相当于上述的充电容量阈值)左右就会进行外接充电，充电容量阈值的数值可根据用户充电行为统计获得。这样选取目标波谷区域适用于大部分的电动车用户，针对性适用性强。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的所采用的dQ/dV-容量曲线；

图3是根据本发明另一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的部分流程图。

具体实施方式

关于磷酸铁锂电池，至今还无法完全掌握其特性及反应机理，因此对磷酸铁锂电池的特性还有较多待探索的方面。发明人对磷酸铁锂电池的充电电量及电池电压进行数据整理和分析中偶然发现：dQ/dV-容量曲线中的起峰位置是不随电池的SOH(State OfHealth，电池的健康度)变化而变化的，即上述曲线中的起峰位置不随电池使用寿命的变化而变化，这里的dQ/dV-容量曲线以充电电量的变化量与所述电池电压的变化量的比值为纵坐标、充电电量为横坐标绘制而成。利用这一发现，可以认为上述起峰位置不随电池的SOH变化是磷酸铁锂电池的固有特性之一，因此利用这个固有特性可以用于修正电池的一些参数。本发明中利用了上述固有特征来修正电池的SOC，使得电池的显示SOC尽可能地接近真实电量值。

图1是根据本发明一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的流程图。图2是根据本发明一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的所采用的dQ/dV-容量曲线。本发明提供了一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法，如图1所示，一个实施例中，该SOC修正方法包括以下步骤：

S10：对放空电后的电池以恒定电流进行首次充电，并在首次充电过程中实时记录充电电量Q和电池电压V。

可选地，首次充电在电池装车前在台架上、装车后在整车上或单体电池实验室内进行。

S20：根据实时记录的充电电量和电池电压绘制dQ/dV-容量曲线。其中，dQ/dV-容量曲线的横坐标为充电电量，纵坐标为充电电量的变化量与电池电压的变化量的比值dQ/dV。

通过对电池的充电电量、电池电压及充电时间的数据处理，可以获得如图2所示的dQ/dV-容量曲线。具体地，BMS(电池管理系统)通过对充电电流进行积分，获取各个时刻的对应的充电电量，然后实时计算dQ/dV。再将各个时刻对应的dQ/dV和Q绘制到一个曲线中，即图2所示的dQ/dV-容量曲线。

S30：取dQ/dV-容量曲线中的目标波谷区域中的预设点对应的充电电量作为参照电量。

由于dQ/dV-容量曲线可能存在多个波谷区域(对应于前文的起峰位置)，例如图2中可以看出dQ/dV-容量曲线存在A、B两处波谷区域，本实施例中的预设点可以在某一波谷区域内选取，例如图2中A区域或者B区域，具体地可以根据实际需求进行区域的选取。一个实施例中，目标波谷区域选取为dQ/dV-容量曲线中横坐标大于充电容量阈值范围内的波谷区域，充电容量阈值为用户起始充电的统计值。例如，一般车辆在使用时，不会在电池电量耗尽时才进行外接充电，通常在电量为30％-40％(相当于上述的充电容量阈值)左右就会进行外接充电，充电容量阈值的数值可根据用户充电行为统计获得。也就是说电池使用时的电量基本上不会低于上述充电容量阈值，那么，此时就不适合选用图2中A区域，因为A区域中的点值所对应的电池电量在20％左右，此时选用B区域内的预设点更为适合。

关于预设点的选取，一般是选用波谷区域的最低点，但是由于数据的波动性，会有毛刺产生。因此，在本发明的一些实施例中，要保证预设点的后方至少有连续预设数量个较大点，例如至少10个较大点。较大点与预设点处于同一波谷区域且较大点的纵坐标均大于预设点的纵坐标。这样选取可以保证预设点为实际意义上的最小值，而不是毛刺点，从而提高参照电量的准确性，即提高SOC修正依据的准确性。

需要说明的是，如果首次充电在台架上进行，则记录电池的充/放电数据并转换成dQ/dV-容量曲线。如果首次充电是在电池装车后实车进行，则BMS记录充电时的电流、单体电压、时间，进行比较运算后，找到在A、B区域的最低点对应的容量值，计入SOC修正策略。如果采用实验室单体电池的充电数据，选取A、B区域点的时候，需要将该点对应的容量除以该电池系统的充电效率，得到实车状态下A/B点对应的容量值。

S40：在电池进行满足预设条件的外接充电且充电电量处于预设范围内时，实时计算的充电电量的变化量与电池电压的变化量的比值，预设范围包含预设点。

S50：取预设范围内的充电电量的变化量与电池电压的变化量的比值的最小值作为测量电量。也就是说，电池在外接充电至包含预设点的预设范围时，将记录预设范围内的dQ/dV的最小值并作为测量电量。

S60：根据参照电量和测量电量修正电池的显示SOC。

本实施例将所绘制的dQ/dV-容量曲线的波谷区域中的预设点作为参照真实电量用来修正电池的显示SOC，由于多次实验证明，该波谷区域中的预设点的值不会随着电池使用次数及寿命的变化而变化，因此能够作为较为准确的参照点，提高了电池SOC值的动态修正的准确度。

进一步地，本实施例获得参照真实电量的过程只需要记录电池首次充电过程的数据，因此标定数据量少，标定周期短且计算量小。

进一步地，本实施例的方法不需要电池必须进行满充、静置后才可以进行校正，所以可进行电池全生命周期的修正，不需过程中对电池参数进行调整。

一个实施例中，预设范围可以是以预设点作为中间值的一个数值区间，例如预设点为图2中B区域内充电电量为53AH对应的点，那预设范围可以是SOC为30％-70％所对应的充电电量区间。

进一步地一个实施例中，预设范围的下限值大于dQ/dV-容量曲线中预设点之前的首个波峰区域的最高点所对应的充电电量。如图2所示，预设范围的下限值可以取从30AH左右的数值，即在B区域左侧相邻的波峰区域开始取值，这样能够保证获取到dQ/dV的最小值，又尽量减小了数据范围，可以减小数据计算量。

另一个实施例中，预设条件为同时满足以下条件：

接收到外接充电信号、充电电流小于标称容量所对应的电流且充电电流稳定在系统请求电流的预设偏差范围内。例如，BMS接收到外接充电信号后，若充电电流小于1C，且充电电流稳定在系统请求电流值的±1％时，进行数据计算。

具体地，在满足上述预设条件时，BMS对充电电量进行积分，实时计算dQ/dV。在电池SOC在30％-70％之间时，记录这个区间内的dQ/dV的最小值，即上述的测量电量。

图3是根据本发明另一个实施例的用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法的部分流程图。如图3所示，另一个实施例中，S60包括以下步骤：

S61：记录电池进行满足预设条件的外接充电的起始SOC值；

S62：计算参照电量与测量电量的差值与电池的总容量的百分比值；

S63：将百分比值与起始SOC值的差值作为误差值；

S64：修正显示SOC至消除误差值。

可选地，S64包括：

S641：将显示SOC与误差值的和作为真实SOC；

S642：将显示SOC随时间变化平滑过渡到真实SOC。

平滑过渡的方法可以是现有技术中任一种数据平滑处理的方法，例如线性平滑过渡。

在一个具体实施例中，假设开始外接充电时的显示SOC为20％，即上述的起始SOC值。实时计算dQ/dV，当外接充电至测得的电池SOC进入30％-70％区间时，记录该区间内最小的dQ/dV所对应的电池电量，即上述的测量电量，假设为32Ah。取图2中B区域的低点值为53Ah，即上述的参照电量。参照电量与测量电量的差值即为电池的真实带电量，即显示SOC为20％时对应的真实电量：(53-32)/90＝23％(这里假设SOC为90％时认为电池充满电)。那么SOC误差为23％-20％＝3％，也就是说真实SOC与显示SOC存在3％的误差值。在后续的电池充电或者使用过程中，利用这个误差值对显示SOC进行动态修正，给显示SOC％一个增量，逐渐调整至与真实SOC一致。

当然，在其他实施例中，也可以将图2中A区域作为目标波谷区域，具体地修正步骤与前述实施例一致，在此不再赘述。

进一步地，在本发明的一些实施例中，可以将A区域和B区域分别作为目标波谷区域，利用A、B区域的数据对SOC进行分段修正。例如，电池外接充电是的启示SOC为7％，那么在接下的充电过程中，一般会经历图2中A、B区域所对应的起峰位置。在经历A区域对应的起峰位置时，利用包含A区域的区间(例如SOC为5％-30％)内测得的测量电量与图2曲线中的A区域内设定点对应的参照电量来计算误差值，具体过程与前述实施例一致。在电池充电至B区域附近时(例如SOC为30％-70％时)测得的测量电量与图2曲线中的B区域内设定点对应的参照电量来计算误差值，具体过程与前述实施例一致，在此不再赘述。这样的动态修正方法实际上就是一种分段修正，同样可以到达准确修正的目的，这种修正方法更适用于起充电量较低的情况。

另外，由于dQ＝dIt，因此dQ/dV＝dIt/dV,这里的I为充电电量，t为充电时间，由于本发明以恒流充电，因此I可以看做一个常数，dQ/dV＝Idt/dV，也就是说dQ/dV-容量曲线的纵坐标也可以看做是时间变化量与电池电压变化量的比值。即dt/dV-容量曲线也符合上述规律，在具体实施例中，dt/dV-容量曲线与图2中的dQ/dV-容量曲线的趋势是一样的。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种用于磷酸铁锂电池的SOC修正方法，其特征在于，包括：

对放空电后的电池以恒定电流进行首次充电，并在首次充电过程中实时记录充电电量和电池电压；

根据实时记录的所述充电电量和所述电池电压绘制dQ/dV-容量曲线；

取所述dQ/dV-容量曲线中的目标波谷区域中的预设点对应的所述充电电量作为参照电量；

在所述电池进行满足预设条件的外接充电且所述充电电量处于预设范围内时，实时计算的所述充电电量的变化量与所述电池电压的变化量的比值，所述预设范围包含所述预设点；

取所述预设范围内的所述充电电量的变化量与所述电池电压的变化量的比值的最小值作为测量电量；

根据所述参照电量和所述测量电量修正所述电池的显示SOC。

2.根据权利要求1所述的SOC修正方法，其特征在于，

所述预设点的后方至少有连续预设数量个较大点，所述较大点与所述预设点处于同一波谷区域且所述较大点的纵坐标均大于所述预设点的纵坐标。

3.根据权利要求2所述的SOC修正方法，其特征在于，

所述预设范围的下限值大于所述dQ/dV-容量曲线中所述预设点之前的首个波峰区域的最高点所对应的所述充电电量。

4.根据权利要求1所述的SOC修正方法，其特征在于，

所述目标波谷区域选取为所述dQ/dV-容量曲线中横坐标大于充电容量阈值范围内的波谷区域，所述充电容量阈值为用户起始充电的统计值。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的SOC修正方法，其特征在于，所述预设条件为同时满足以下条件：

接收到外接充电信号、充电电流小于标称容量所对应的电流且所述充电电流稳定在系统请求电流的预设偏差范围内。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的SOC修正方法，其特征在于，根据所述参照电量和所述测量电量修正所述电池的显示SOC，包括：

记录所述电池进行满足所述预设条件的外接充电的起始SOC值；

计算所述参照电量与所述测量电量的差值与所述电池的总容量的百分比值；

将所述百分比值与所述起始SOC值的差值作为误差值；

修正所述显示SOC至消除所述误差值。

7.根据权利要求6所述的SOC修正方法，其特征在于，修正所述显示SOC至消除所述误差值，包括：

将所述显示SOC与所述误差值的和作为真实SOC；

将所述显示SOC随时间变化平滑过渡到所述真实SOC。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的SOC修正方法，其特征在于，

所述首次充电在所述电池装车前在台架上、装车后在整车上或单体电池实验室内进行。

Images