CN112014751B - 一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的soc估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，包括以下步骤：电芯需按标准充电方法充满电芯；放入恒温箱进行静置到电芯与恒温箱温度一致；每隔放电一定的容量刻度；每隔放电一定容量后，静置，让电芯表面温度回到设定温度；如此循环到电芯放电欠压保护；重复以上步骤制得图4的当前电芯表面温度与当前放电倍率二维表；在推测锂离子电池的实际可放电容量时，将所需数值代入图3所示公式中计算可得锂离子电池的实际可放电容量。本发明可实现全温度范围内5％的SOC估算精度，不受电芯失衡问题影响。不需要增加额外的专用SOC芯片，可降低BMS成本以及运行功耗的优点。

Description

一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池SOC算法技术领域，具体为一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法。

背景技术

智能电子设备在生活生产中扮演了越来越多的角色，众多产品都采用锂离子电池供电，产品的能源管理问题关乎产品使用体验甚至生产安全问题。比如笔记本电脑和平板电脑，突然断电会丢失资料；电动自行车、电动平衡车突然断电会引发安全事故等等。这些锂离子电池都需要较高精度的电量计量功能，以便提前做好断电准备与剩余电量显示。针对超过4S的BMS市场，有少量专用芯片，采用总电压采样以及电流采样，并使用阻抗跟踪算法，将整个电池包当成一颗电池进行SOC估算，在电芯一致性情况很高的情况下可以提供不错的SOC精度5％误差内，但如果电芯失衡的话，该专用芯片无法检测单一电芯的电压，会造成很高的SOC误差。且该芯片成本比较高(1$以上)，且还需外围电路，芯片功耗处理等，给BMS带来了不少成本压力。

本发明专利是基于实时推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算算法，可实现全温度范围内5％的SOC估算精度，不受电芯失衡问题影响。不需要增加额外的专用SOC芯片，可降低BMS成本以及运行功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，具备基于实时推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算算法，可实现全温度范围内5％的SOC估算精度，不受电芯失衡问题影响。不需要增加额外的专用SOC芯片，可降低BMS成本以及运行功耗的优点，解决了采用总电压采样以及电流采样，并使用阻抗跟踪算法，将整个电池包当成一颗电池进行SOC估算，在电芯一致性情况很高的情况下可以提供不错的SOC精度5％误差内，但如果电芯失衡的话，该专用芯片无法检测单一电芯的电压，会造成很高的SOC误差。且该芯片成本比较高(1$以上)，且还需外围电路，芯片功耗处理等，给BMS带来了不少成本压力的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，包括以下步骤：

S1、电芯需按标准充电方法充满电芯，按标准条件充满电的电池，在标准条件放电所放出来的容量为电池的标准容量，该标准容量我们这里称为AFCC；

S2、之后放入恒温箱进行静置到电芯与恒温箱温度一致；

S3、之后每隔放电一定的容量刻度，标准充电的电池，在不同的放电条件下，所放出来的不同的放电容量，称之为RFCC，当前剩余的可放电容量称之为RC,RC＝RFCC-CC；

S4、每隔放电一定容量后，静置一段时间，让电芯表面温度回到设定温度；

S5、如此循环到电芯放电欠压保护，以此得到该温度和倍率放电下的RFCC，并通过β＝RFCC/AFCC公式取得当前电芯表面温度与当前放电倍率值；

S6、在不同温度下重复以上步骤制得当前电芯表面温度与当前放电倍率二维表；

S7、在推测锂离子电池的实际可放电容量时，将所需数值代入SOC(new)＝(RFCC(new)-QC)/RFCC(new)中计算可得锂离子电池的实际可放电容量，其中QC是以满电为起点累积的放电电量。

优选的，在当前条件下的可放电剩余容量百分比为SOC，该算法总公式为SOC(％)＝RC/RFCC。

优选的，在电池电量大于30％的情况下，应降低变动RFCC的干扰，让RFCC趋近AFCC，因此引入修正公式，以平滑放电过程中的SOC指示，修正公式为RFCC(new)＝SOC*AFCC+(1-SOC)*RFCC。

优选的，S1中标准条件为25℃、0.2C充电、0.2C放电环境下。

优选的，S2和S4中静置时间为2H。

优选的，S3中容量刻度刚开始以20％放电为一个刻度，快速把电池放到电池电量小于20％的状态，之后按1％放电为一个刻度。

优选的，S3中CC是以满充电情况下的累积放电库伦量定为0的前提下，放电过程中累积的放电容量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法可以使用在多节串联的锂离子电池组中，用于计算锂离子电池组的可用剩余容量值，由于该方法中考虑了电流和温度对总容量的影响，在不同温度不同电流情况下，也能得到较为准确的剩余容量百分比值。通常低温或大电流情况下，电池放电起始与结束的环境因素差异很大，导致预测变化很大，而该方法以剩余容量比为依据作为优化比例，在随着放电过程加大当前环境因素预测容量的比例，避免容量预测的波动,更贴近真实的使用。可以不使用专用芯片，也能得到较高的SOC估算精度，为企业提升利润和产品竞争力。

附图说明

图1为本发明的放电容量算法总公式；

图2为本发明的修正公式；

图3为本发明的新放电容量算法总公式；

图4为本发明的当前电芯表面温度与当前放电倍率二维表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法的技术方案。

一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，包括以下步骤：

S1、电芯需按标准充电方法充满电芯，按标准条件充满电的电池，在标准条件放电所放出来的容量为电池的标准容量，该标准容量我们这里称为AFCC，在当前条件下的可放电剩余容量百分比为SOC，该算法总公式为SOC(％)＝RC/RFCC，标准条件为25℃、0.2C充电、0.2C放电环境下；

S2、之后放入恒温箱进行静置到电芯与恒温箱温度一致，静置时间为2H；

S3、之后每隔放电一定的容量刻度，容量刻度刚开始以20％放电为一个刻度，快速把电池放到电池电量小于20％的状态，之后按1％放电为一个刻度，标准充电的电池，在不同的放电条件下，所放出来的不同的放电容量，称之为RFCC，当前剩余的可放电容量称之为RC,RC＝RFCC-CC，以满充电情况下的累积放电库伦量定为0，放电过程中累积放电容量称为CC，在电池电量大于30％的情况下，应降低变动RFCC的干扰，让RFCC趋近AFCC，因此引入修正公式，以平滑放电过程中的SOC指示，修正公式为RFCC(new)＝SOC*AFCC+(1-SOC)*RFCC，当SOC＝100％时RFCC(new)＝AFCC，最大限度降低RFCC变动干扰，当SOC＝50％时RFCC(new)＝(AFCC+RFCC)/2，当SOC＝0％时RFCC(new)＝RFCC，这样可以平滑放电过程中的SOC跳变，避免因RFCC不断变换带来的SOC跳变严重，同时在SOC越低时，RFCC(new)越趋近查表后的RFCC，可以指示正确的末端容量，用于剩余容量百分比值计算时，使用的总容量是经过温度与电流的补偿计算，而非常规的固定容量；第二点是计算时引入剩余容量百分比值作为优化计算的比例因子，以提供SOC指示的平滑度；剩余容量越小时预测的总容量对剩余容量的预测影响越大；

S4、每隔放电一定容量后，静置一段时间，让电芯表面温度回到设定温度，静置时间为2H；

S5、如此循环到电芯放电欠压保护，以此得到该温度和倍率放电下的RFCC，并通过β＝RFCC/AFCC公式取得当前电芯表面温度与当前放电倍率值；

S6、在不同温度下重复以上步骤制得图4的当前电芯表面温度与当前放电倍率二维表，根据当前温度和电流制作该锂离子电池的不同温度和电流放电容量表，图中C代表倍率，如电池容量为2.5Ah，1C指的是2.5A，2C指的是5A，实际过程中BMS通过当前温度和放电电流对照之前实际测试的容量标实时推测锂离子电池的可放电满容量方法，温度电流系数表中的系数值可以设置为更多或者更少，即温度间隔取值或电流间隔取值可以更多或更少；

S7、在推测锂离子电池的实际可放电容量时，将所需数值代入SOC(new)＝(RFCC(new)-QC)/RFCC(new)中计算可得锂离子电池的实际可放电容量，其中QC是以满电为起点累积的放电电量，实际运行中因为RFCC会不断跳变，因此SOC显示也会不断跳变，会导致显示SOC时的一些不适感。因此使用RFCC(new)，来平滑RFCC的跳变，对锂离子电池组的实时剩余容量的百分比值是通过SOC(new)＝(RFCC(new)-QC)/RFCC(new)推到计算得到，具有高精度和较好的平滑性。

该方法可以使用在多节串联的锂离子电池组中，用于计算锂离子电池组的可用剩余容量值，由于该方法中考虑了电流和温度对总容量的影响，在不同温度不同电流情况下，也能得到较为准确的剩余容量百分比值。通常低温或大电流情况下，电池放电起始与结束的环境因素差异很大，导致预测变化很大，而该方法以剩余容量比为依据作为优化比例，在随着放电过程加大当前环境因素预测容量的比例，避免容量预测的波动,更贴近真实的使用。可以不使用专用芯片，也能得到较高的SOC估算精度，为企业提升利润和产品竞争力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、电芯需按标准充电方法充满电芯，按标准条件充满电的电池，在标准条件放电所放出来的容量为电池的标准容量，该标准容量我们这里称为AFCC；

S2、之后放入恒温箱进行静置到电芯与恒温箱温度一致；

S3、之后每隔放电一定的容量刻度，标准充电的电池，在不同的放电条件下，所放出来的不同的放电容量，称之为RFCC，当前剩余的可放电容量称之为RC,RC＝RFCC-CC；

其中CC是以满充电情况下的累积放电库伦量定为0的前提下，放电过程中累积的放电容量；

S4、每隔放电一定容量后，静置一段时间，让电芯表面温度回到设定温度；

S5、如此循环到电芯放电欠压保护，以此得到该温度和倍率放电下的RFCC，并通过β＝RFCC/AFCC公式取得当前电芯表面温度与当前放电倍率值；

S6、在不同温度下重复以上步骤制得当前电芯表面温度与当前放电倍率二维表；

S7、在推测锂离子电池的实际可放电容量时，将所需数值代入SOC(new)＝(RFCC(new)-QC)/RFCC(new)中计算可得锂离子电池的实际可放电容量，其中QC是以满电为起点累积的放电电量。

2.根据权利要求1所述的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于：在当前条件下的可放电剩余容量百分比为SOC，该算法总公式为SOC(％)＝RC/RFCC。

3.根据权利要求1所述的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于：在电池电量大于30％的情况下，应降低变动RFCC的干扰，让RFCC趋近AFCC，因此引入修正公式，以平滑放电过程中的SOC指示，修正公式为RFCC(new)＝SOC*AFCC+(1-SOC)*RFCC。

4.根据权利要求1所述的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于：S1中标准条件为25℃、0.2C充电、0.2C放电环境下。

5.根据权利要求1所述的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于：S2和S4中静置时间为2H。

6.根据权利要求1所述的一种基于推测锂离子电池的实际可放电容量的SOC估算方法，其特征在于：S3中容量刻度刚开始以20％放电为一个刻度，快速把电池放到电池电量小于20％的状态，之后按1％放电为一个刻度。

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