CN111650520B - 电池组soc的估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组SOC的估算方法，在计算电池组的SOC时，本申请实施例将每个电池的运行数据都作为电池组SOC的考量数据，并非仅采用某一个单体电池的单一的数据估算电池组的SOC，在考虑了每个单体电池的数据后，计算出的电池组的SOC更具有代表性，SOC的精度较高，保证了电池的安全性和稳定性。

Description

电池组SOC的估算方法

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池组SOC的估算方法。

背景技术

随着自然环境的不断恶化，各行各业对于环保的要求越来越高，在汽车行业，汽车的尾气排放量是否达标成为用户重点关注的问题，电池作为电动汽车重要的新能源储能设备，其环保性、安全性和稳定性的优点，逐渐成为人们重点关注的对象。

电池的电池荷电状态(State of Charge，SOC)是用来描述电池剩余容量，其是电池在使用过程中最重要的参数之一，在电池充放电的过程中，电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)需要对电池的剩余SOC进行实时监测和估算，并根据SOC的大小对电池进行相应的控制，因此，SOC的检测的准确性决定了BMS的控制效果，也直接影响着电池的使用安全性和稳定性，目前，常用的SOC的估算方法为安时积分法，传统的SOC估算是采取电池包中的最高单体电压或最低单体电压作为代表采用安时积分法估算整个电池包中的剩余SOC，但是采用该种方法估算剩余SOC，因电池包内各个单体电池的差异性，各个单体电池的可用容量也具有差异性，单一的采用最高单体电压或最低单体电压估算整个电池包的剩余SOC的误差较大，并不具有代表性，电池的安全性和稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中剩余SOC的估算误差较大，导致电池的安全性和稳定性较差的问题。因此，本发明提供一种电池组SOC的估算方法，提高了SOC的估算精度，电池的安全性较高，稳定性较好。

为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种电池组SOC的估算方法，所述估算方法包括：

获取电池组中每个单体电池的运行数据，所述运行数据中包含多个不同种类的数据；

对应于各类不同的数据以预定义规则确定对应的单体电池的剩余可用容量；

利用各所述剩余可用容量计算所述电池组的SOC。

采用上述技术方案，在计算电池组的SOC时，本申请实施例将每个电池的运行数据都作为电池组SOC的考量数据，并非仅采用某一个单体电池的单一的数据估算电池组的SOC，在考虑了每个单体电池的数据后，计算出的电池组的SOC更具有代表性，SOC的精度较高，保证了电池的安全性和稳定性。

根据本申请中的一些实施例，所述电池组包括开启均衡的单体电池和未开启均衡的单体电池；

所述运行数据包括单体电池的单体电压、单体电池的温度、电池组母线电流数据和均衡电流；

针对未开启均衡的单体电池，所述均衡电流为零，针对开启均衡的单体电池，所述均衡电流为所述单体电池的单体电压与均衡电阻的比值。

根据本申请中的一些实施例，确定所述单体电池的剩余可用容量包括：

在采样周期内，对所述电池组母线电流数据进行安时积分得到采样周期内的积分增量；

对每个单体电池的均衡电流分别进行积分累加得到采样周期内的每个单体电池的均衡电量消耗；

分别计算每个单体电池的均衡电量消耗与积分增量的差值，作为采样周期内每个单体电池的容量变化值；

读取每个单体电池在上一个采样周期的剩余可用容量，分别对每个单体电池的所述上一个采样周期的剩余可用容量与所述容量变化值求和，得到每个单体电池在采样周期内的剩余可用容量。

根据本申请中的一些实施例，所述积分增量采用下式计算：

VQ＝I_k*T

其中，所述VQ为所述积分增量，所述I_k为第k时刻的电池组母线电流数据的采样电流，所述T为采样周期。

根据本申请中的一些实施例，所述估算方法还包括：

基于容量系数对所述容量变化值进行修正，所述容量变化值的修正值为所述容量变化值与所述容量系数的比值。

根据本申请中的一些实施例，所述容量系数与所述单体电池的温度相关。

根据本申请中的一些实施例，所述估算方法还包括：

对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正。

根据本申请中的一些实施例，所述对所述单体电池的剩余可用容量进行修正包括：

判断静置时间是否满足静置开始时间的条件；

若满足，则基于开路电压法对电池组中的每个单体电池的剩余可用容量进行修正；

若不满足，则不对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正；

或者，判断系统工况是否满足工况条件；

若满足，则基于工况法对各单体电池的剩余可用容量进行修正。

根据本申请中的一些实施例，所述利用各所述剩余可用容量计算所述电池组的SOC包括：

读取每个单体电池的最大可用容量；

在采样周期内，分别计算每个单体电池的最大可用容量和剩余可用容量之间的差值，得到每个单体电池的剩余可充电容量；

从各所述剩余可充电容量中选取最小值作为电池组的系统可充电容量；

从各所述剩余可用容量中选取最小值作为电池组的系统剩余可用容量；

对所述系统可充电容量和所述系统剩余可用容量求和，得到所述电池组的系统最大可用容量；

计算所述系统剩余可用容量与所述系统最大可用容量的比值，得到所述电池组的系统SOC。

根据本申请中的一些实施例，所述估算方法还包括：

判断电池组的初始电量是否低于阈值；

若是，则对各所述单体电池的最大可用容量进行修正；

若否，则对各所述单体电池的最大可用容量不进行修正。

根据本申请中的一些实施例，所述对所述单体电池的最大可用容量进行修正包括：

利用当前时刻每个单体电池的单体电压值计算每个单体电池的第一SOC值；

对所述第一SOC值和第二SOC值求差，得到SOC增量，所述第二SOC值为各单体电池的初始SOC值；

分别计算每个单体电池的容量变化值与所述SOC增量的比值，作为修正后的单体电池的最大可用容量。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种电池组SOC的估算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种电池组SOC的估算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例公开的另一种电池组SOC的估算方法的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

请参见图1，图1为本发明实施例公开的一种电池组SOC的估算方法的流程示意图，应用于电池管理系统，本发明实施例提供的电池组SOC的估算方法是通过测量电池组内所有单体电池的单体电压，所有单体电池的电池温度、电池组母线电流、开启均衡的单体电池的均衡状态和均衡时间参数等。利用电流安时积分法、均衡电量消耗和单体电池开路电压及指定工况下单体电池的单体电压校正相结合的方式，实时估算电池组中每个单体电池的剩余可用容量和最大可用容量，从而得到电池组的最大可用容量和剩余可用容量，进一步得到电池组的SOC值。在估算电池组的SOC时，将电池组中每个单体电池的最大可用容量、每个单体的剩余可用容量、电池组的最大可用容量和电池组的剩余可用容量在存储器中存储以便后续使用。

电池组SOC的估算方法包括：

S101:获取电池组中每个单体电池的运行数据，运行数据中包含多个不同种类的数据。

根据本申请的一些实施例，电池组中包含有开启均衡的单体电池和未开启均衡的单体电池。每个单体电池的运行数据包括但不限于每个单体电池的单体电压、单体电池的温度、电池组母线电流和均衡电流。每个单体电池的单体电压和单体电池的温度可以采用专用AFE芯片进行采集、电池组母线电流可以采用霍尔传感器或者分流器进行采集。

其中，针对未开启均衡的单体电池，均衡电流In-balance为零，针对开启均衡的单体电池，均衡电流In-balance为单体电池的单体电压Un-real与均衡电阻Rn的比值。其中，各单体电池的均衡电阻是固定值，在设计电池组时为已知值，具体可通过单体电池的型号确定，计均衡电阻为Rn(n为单体电池的序号)，各单体电池的实时单体电压为Un-real(n为单体电池的序号)。均衡电阻是并联在单体电池的电压采集回路中用于被动均衡放电的电阻，通过整流/回馈(Active Front End，AFE)芯片控制特定通道开启或关闭MOS管导通。在导通时，此均衡电阻和对应的单体电池能形成放电回路，从而消耗单体电池的电量。

电池组母线电流为负代表充电，其电流积分增量为负，而电池剩余容量增加，反之，电池组母线电流为正代表放电，其电流积分增量为正，而电池剩余容量减少。

此外，在存储器内还存储有电池组中每个单体电池的最大可用容量Qn-max的初值、每个单体电池的剩余可用容量Qn-remain的初值、电池组的最大可用容量Qsys-max的初值和电池组的剩余可用容量Qsys-remain的初值。

值得注意的是，每个单体电池的运行数据可以以倍数增大而便于进行数据处理。

S102：对应于各类不同的数据以预定义规则确定对应的单体电池的剩余可用容量。

根据本申请的一些实施例，在采样周期内，对电池组母线电流数据进行安时积分得到采样周期内的积分增量VQ。

对于积分增量VQ而言，电池组母线电流数据积分在系统中周期性执行，其周期间隔越短计算结果越精确，本发明实施例以电流采样周期作为积分周期，电流采样周期一般设定为10ms(也可以为其他值)以内。因此，积分增量VQ可以采用下式计算：VQ＝I_k*T，I_k为第k时刻的电池组母线电流数据的采样电流，T为采样周期(以毫秒小时为单位)。

根据本申请的一些实施例，对每个单体电池的均衡电流In-balance分别进行积分累加得到采样周期内的每个单体电池的均衡电量消耗，即针对开启均衡的单体电池在均衡时间参数内，对每个单体电池的均衡电流In-balance对应的消耗电量进行安时积分，得到采样周期内的均衡电量消耗Qn-balance，其中，n为单体电池的序列号。对于均衡电量消耗Qn-balance而言，均衡电量消耗Qn-balance是减少单体电池的电池容量，因此，均衡电量消耗Qn-balance的值可以大于零，Qn-balance的值也可以小于等于零。

根据本申请的一些实施例，针对均衡电量消耗Qn-balance的值大于零的情况，分别计算每个单体电池的均衡电量消耗Qn-balance与积分增量VQ的差值，作为采样周期内每个单体电池的容量变化值VQn，其中，VQn＝Qn-balance-VQ。针对均衡电量消耗Qn-balance的值小于等于零的情况，分别计算每个单体电池的均衡电量消耗Qn-balance与积分增量VQ的和，作为采样周期内每个单体电池的容量变化值VQn。

根据本申请的一些实施例，读取每个单体电池在上一个采样周期的剩余可用容量，分别对每个单体电池的上一个采样周期的剩余可用容量与容量变化值求和，得到每个单体电池在采样周期内的剩余可用容量。

为了进一步提高剩余可用容量的精度，可以基于单体电池的温度对单体电池的容量变化值VQn进行容量的温度加权折算从而得到当前采样周期后的每个单体电池的新的剩余容量Qn-remain(k+1)，Qn-remain(k+1)＝Qn-remain(k)+VQn/Mn，其中，Mn为第n号单体电池当前温度对应到标准温度环境下的容量系数，k为上一采样周期时刻，k+1为新的采样周期时刻。Qn-remain(k+1)为第n号单体电池在k+1采样周期的剩余可用容量，Qn-remain(k)为n号单体电池在k周期的剩余可用容量。通过Qn-remain(k+1)＝Qn-remain(k)+VQn/Mn可以得到k+1时刻第n号单体电池标准温度下还能放出的电量，其中，Mn随着单体电池的温度变化而变化。

设置Mn的目的是对容量变化值VQn进行修正，相同状态的单体电池在不同温度下的容量保持率(不同的恒温调节下满电状态到放空状态过程中能放出的总容量)存在差异，本发明实施例中以每5℃为一个区间建立不同温度下的容量系数。同温度的容量系数相对于标准温度的话，大概是0.4～1.1之间的数值。其中，温度越低，容量系数越小。

电池组内有多个温度采样传感器，其每个单体电池都可以获取各自的当前温度，电池组中低n号单体电池的最大可用容量Qn-max均是折算为标准温度下的容量，以便于计算。根据本申请的一些示例，标准温度可以为25℃。

值得注意的是，为了进一步提高单体电池的剩余可用容量的精度，

如图2所示的，还可以包括步骤S104:对各单体电池的剩余可用容量进行修正。

具体是可以通过开路电压法对每个单体电池的剩余可用容量进行修正。

其中，利用开路电压法对每个单体电池的剩余可用容量进行修正的条件是：静置时间是否满足静置开始时间的条件。

基于开路电压法对每个单体电池的剩余可用容量进行修正包括：

电池组需要获取实时时间，并且均衡电流为0时，如果静置时间有效位为无效的标志。则当前时间为静置开始时间。并对静置时间有效位进行置位，如果静置时间有效位已经置位，则计算当前时间和存储器内存储的静置开始时间差值，如果当前时间和静止开始时间差值满足静置时间最小时长要求时，则判断静置时间满足静止开始时间的条件。此时可开启开路电压法进行OVC查表并更新各个单体电池的SOC、剩余可用容量、从而更新电池组的SOC和电池组的剩余可用容量。若静置时间不满足静止开始时间的条件，则不对每个单体电池的剩余可用容量进行校正。其中，静置时间是根据单体电池在充放电使用后其单体电压值多长时间并保持稳定不变化而确定，一般可以暂定2小时。本发明实施例对于静置时间的时长并不作限定。

此外，也可以通过工况法对每个单体电池的剩余可用容量进行修正。

具体是：判断系统工况是否满足工况条件；

若满足，则基于工况法对各单体电池的剩余可用容量进行修正。

若不满足，则不对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正。

根据本申请中的一些实施例，工况法进行剩余可用容量进行修正具体如下：首先在实验条件下测试建立不同温度和不同倍率电流对应的单体电压和SOC关系数据并存储在系统中。算法应用时根据查表判断当前状态是否符合建立的实验数据中具体哪种工况状态，如符合则查表对应的数据进而修正SOC值，进而修正剩余可用容量，如不符合则退出。

S103：利用各剩余可用容量计算电池组的SOC。

通过每个单体电池的最大可用容量Qn-max和新周期时刻的每个单体电池剩余容量Qn-remain(k+1)计算新周期时刻电池组的最大可用容量Qsys-max和新周期时刻电池组的剩余可用容量Qsys-remain(k+1)，从而得到电池组的SOC。

具体是：第n号单体电池的最大可用容量Qn-max减去k+1时刻第n号单体电池的剩余可用容量Qn-remain(k+1)得到在k+1时刻第n号单体电池的剩余可充电容量，记为Qn-chgRemain。

比较所有单体电池在k+1时刻的剩余可充电容量Qn-chgRemain(k+1)中的最小值得到k+1时刻电池组的系统可充电容量，记为Qsys-chgRemain(k+1)。

比较所有单体电池在k+1时刻的剩余可用容量Qn-remain(k+1)中的最小值得到在k+1时刻电池组的系统剩余可用容量，记为Qsys-remain(k+1)。

在k+1时刻系统可充电容量Qsys-chgRemain(k+1)加上在k+1时刻系统剩余可用容量得到在k+1时刻电池组的系统最大可用容量Qsys-max(k+1)。

在k+1时刻系统剩余可用容量Qsys-remain(k+1)除以在k+1时刻系统最大可用容量Qsys-max(k+1)得到在k+1时刻电池组的系统SOC。

为了进一步提高电池组的系统SOC的精确度，如图3所示的，还可以包括步骤S105:对各单体电池的最大可用容量进行修正，步骤S105的具体实现过程为：

首先判断电池组的初始电量是否低于阈值，阈值可以根据不同单体电池和不同电池组的特点设定，本发明实施例设定为40％以下，比如30％。

若是，则对各单体电池的最大可用容量进行修正；

若否，则对各单体电池的最大可用容量不进行修正。

其中，对单体电池的最大可用容量进行修正包括：

充电快结束时用采用当前时刻每个单体电池的单体电压值根据OCV或者工况法查表获取到每个单体电池的第一SOC值。

对第一SOC值和第二SOC值求差，得到SOC增量，第二SOC值为各单体电池的初始SOC值；

分别计算每个单体电池的容量变化值与SOC增量的比值，作为修正后的单体电池的最大可用容量。

为了进一步提高电池组的系统SOC的精确度，可以对电池组的剩余可用容量进行校满或校空操作。

根据本申请中的一些实施例，校满是指满点校准，即正常充电结束时将系统SOC校准为100％，校空是指零点校准，即正常放电到截止电压时将系统SOC校准到0％。进一步的，校满也可以选择在90％～100％中任意一点，校空也可以选择在0％～10％，这样可以更容易的达到条件。

本发明实施例公开的一种电池组SOC的估算方法，在计算电池组的SOC时，本申请实施例将每个电池的运行数据都作为电池组SOC的考量数据，并非仅采用某一个单体电池的单一的数据估算电池组的SOC，在考虑了每个单体电池的数据后，计算出的电池组的SOC更具有代表性，SOC的精度较高，保证了电池的安全性和稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电池组SOC的估算方法，应用于电池管理系统，其特征在于，所述估算方法包括：

获取电池组中每个单体电池的运行数据，所述运行数据中包含多个不同种类的数据；

对应于各类不同的数据以预定义规则确定对应的单体电池的剩余可用容量；

利用各所述剩余可用容量计算所述电池组的SOC；

所述电池组包括开启均衡的单体电池和未开启均衡的单体电池；

所述运行数据包括单体电池的单体电压、单体电池的温度、电池组母线电流数据和均衡电流；

针对未开启均衡的单体电池，所述均衡电流为零，针对开启均衡的单体电池，所述均衡电流为所述单体电池的单体电压与均衡电阻的比值；

确定所述单体电池的剩余可用容量包括：

在采样周期内，对所述电池组母线电流数据进行安时积分得到采样周期内的积分增量；

对每个单体电池的均衡电流分别进行积分累加得到采样周期内的每个单体电池的均衡电量消耗；

分别计算每个单体电池的均衡电量消耗与积分增量的差值，作为采样周期内每个单体电池的容量变化值；

读取每个单体电池在上一个采样周期的剩余可用容量，分别对每个单体电池的所述上一个采样周期的剩余可用容量与所述容量变化值求和，得到每个单体电池在采样周期内的剩余可用容量。

2.如权利要求1所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述积分增量采用下式计算：

VQ＝I_k*T

其中，所述VQ为所述积分增量，所述I_k为第k时刻的电池组母线电流数据的采样电流，所述T为采样周期。

3.如权利要求1所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述估算方法还包括：

基于容量系数对所述容量变化值进行修正，所述容量变化值的修正值为所述容量变化值与所述容量系数的比值。

4.如权利要求3所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述容量系数与所述单体电池的温度相关。

5.如权利要求1-4任意一项所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述估算方法还包括：

对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正。

6.如权利要求5所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，对所述单体电池的剩余可用容量进行修正包括：

判断静置时间是否满足静置开始时间的条件；

若满足，则基于开路电压法对电池组中的每个单体电池的剩余可用容量进行修正；

若不满足，则不对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正；

或者，判断系统工况是否满足工况条件；

若满足，则基于工况法对各单体电池的剩余可用容量进行修正；

若不满足，则不对各所述单体电池的剩余可用容量进行修正。

7.如权利要求1-4任意一项所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述利用各所述剩余可用容量计算所述电池组的SOC包括：

读取每个单体电池的最大可用容量；

在采样周期内，分别计算每个单体电池的最大可用容量和剩余可用容量之间的差值，得到每个单体电池的剩余可充电容量；

从各所述剩余可充电容量中选取最小值作为电池组的系统可充电容量；

从各所述剩余可用容量中选取最小值作为电池组的系统剩余可用容量；

对所述系统可充电容量和所述系统剩余可用容量求和，得到所述电池组的系统最大可用容量；

计算所述系统剩余可用容量与所述系统最大可用容量的比值，得到所述电池组的系统SOC。

8.如权利要求7所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述估算方法还包括：

判断电池组的初始电量是否低于阈值；

若是，则对各所述单体电池的最大可用容量进行修正；

若否，则对各所述单体电池的最大可用容量不进行修正。

9.如权利要求8所述的电池组SOC的估算方法，其特征在于，所述对所述单体电池的最大可用容量进行修正包括：

利用当前时刻每个单体电池的单体电压值计算每个单体电池的第一SOC值；

对所述第一SOC值和第二SOC值求差，得到SOC增量，所述第二SOC值为各单体电池的初始SOC值；

分别计算每个单体电池的容量变化值与所述SOC增量的比值，作为修正后的单体电池的最大可用容量。

Images