CN113075558B

CN113075558B - 一种电池soc估算方法、装置及系统

Info

Publication number: CN113075558B
Application number: CN202110634528.4A
Authority: CN
Inventors: 李广军
Original assignee: TIANJIN SANTROLL ELECTRIC SCIENCE & TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: TIANJIN SANTROLL ELECTRIC SCIENCE & TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2041-06-08
Also published as: CN113075558A

Abstract

本发明公开了一种电池SOC估算方法、装置及系统，电池SOC估算方法包括：根据开路电压确定第一容量额定值、根据温度确定第二容量额定值、根据标称容量确定第三容量额定值；若电池处于放电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；若电池处于充电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值；根据计算出的电池容量剩余量与电池容量额定值确定SOC值。

Description

一种电池SOC估算方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及电池技术，尤其涉及一种电池SOC估算方法、装置及系统。

背景技术

蓄电池是一种储能单元，其具有电压稳定，可靠性高等特点，蓄电池作为电动车的核心组成部分，其性能的优劣以及工作状态对电动车的整体性能有很大的影响。

电动车中通常需要对电池的充放电过程进行监测和控制，其监测控制过程涉及电池参数测量、电池SOC估计、电池寿命估计以及故障诊断等。电池SOC是表示电池电量的重要参数，准确的估计电池SOC值可以准确的反应续航里程，具有重要的意义。目前，铅酸电池的电量基本单纯依据电池电压进行估算，但是铅酸电池的特性决定了根据电池电压估算电量存在缺陷。铅酸电池在放电时电压会下降很明显，但是在停止工作后电压会很快的回升，从而导致铅酸电池依据电压进行估算电压存在很大的误差。

发明内容

本发明提供一种电池SOC估算方法、装置及系统，以达到提高SOC估计值准确性的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池SOC估算方法，包括：

根据开路电压确定第一容量额定值、根据温度确定第二容量额定值、根据标称容量确定第三容量额定值；

若电池处于放电阶段，则选择所述第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择所述第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值；

根据计算出的电池容量剩余量与所述电池容量额定值确定SOC值。

进一步的，电池放电时，通过放电电流积分得到第一电能消耗量，用电负载停止工作时，通过电池自耗电电流积分得到第二电能消耗量，根据所述第一电能消耗量、第二电能消耗量和初始电量确定所述电池容量剩余量；

电池充电时，通过充电电流积分得到第三电能消耗量，根据所述第三电能消耗量和初始电量确定所述电池容量剩余量。

进一步的，还包括根据衰减量确定第四容量额定值；

若电池处于放电阶段，则选择所述第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值以及第四容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择所述第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值以及第四容量额定值中的最大值作为电池容量额定值。

进一步的，记录电池的满电次数，根据所述满电次数确定所述衰减量。

进一步的，若充电电量累积到满电电量，则所述满电次数加1。

进一步的，设定第一电压阈值、第二电压阈值；

获取电池电压，若所述电池电压达到所述第一电压阈值，则所述SOC值设定为1，若所述电池电压达到所述第二电压阈值，则所述SOC值设定为0。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池SOC估算装置，包括SOC估算单元，所述SOC估算单元用于：

进一步的，还包括存储单元，所述存储单元用于存储电压电量曲线图，温度电量曲线图；

所述电压电量曲线图用于确定第一容量额定值，所述温度电量曲线图用于确定第二容量额定值。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池SOC估算系统，包括控制器，所述控制器用于实现实施例记载的电池SOC估算方法。

进一步的，还包括库仑计，所述库仑计用于确定放电时的第一电能消耗量、自耗电时的第二电能消耗量、充电时的第三电能消耗量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的电池SOC估算方法能够有效准确的估算电池的剩余电量，进而准确的确定电池SOC值，可以使用户准确了解当前电池的真实电量。本发明提出的电池SOC估算方法可以配置在控制器中，通过控制器实现电池SOC估算方法，无需为电池配置专门的BMS管理系统，可以减少整车成本。

附图说明

图1是实施例中的电池SOC估算方法流程图；

图2是实施例中的另一种电池SOC估算方法流程图；

图3是实施例中的电池SOC估算装置结构示意图；

图4是实施例中的电池SOC估算系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中的电池SOC估算方法流程图，参考图1，电池SOC估算方法包括：

S101.根据开路电压确定第一容量额定值、根据温度确定第二容量额定值、根据标称容量确定第三容量额定值。

示例性的，本步骤中，根据电池满电状态下的开路电压确定满电状态下的电池容量初始值，即第一容量额定值；确定当前环境温度下，电池满电状态下的电池容量初始值，即第二容量额定值；以及根据电池出厂时的设计参数确定电池标称容量，即第三容量额定值。

示例性的，本实施例中，可以通过开路电压-SOC曲线确定第一容量额定值；根据温度-SOC曲线确定第二容量额定值。

其中开路电压-SOC曲线、温度-SOC曲线可以通过试验获取。

S102.将第一容量额定值、第二容量额定值或者第三容量额定值作为电池容量额定值。

示例性的，本步骤中，若电池处于放电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值。

S103.根据计算出的电池容量剩余量与电池容量额定值确定SOC值。

示例性的，在步骤S102的基础上，若电池处于放电阶段，则将第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值，进而计算SOC值，可以避免造成电池实际不能继续放电，而计算出的SOC值不为0的问题。

示例性的，若电池处于充电阶段，则将第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值，进而计算SOC值，可以避免造成外部因素（充电电压、充电电流、环境温度）发生变化时，电池可以继续充电，但计算出的SOC值为1的问题。

示例性的，本实施例中，通过安时法计算电池变化的容量，进而计算电池的SOC值，具体的，计算SOC值采用的公式可以为：

上式中，

为初始时刻电池的容量，

为电池容量的变化量，

为电池容量额定值，

为电压校正系数，

为温度校正系数，

为充放电效率，

为充放电电流。

示例性的，本实施例中，在对充放电电流的积分过程中，可以根据外部因素的差异划分若干积分周期，将所有积分周期的和作为电池容量的变化量。

本实施例中，监测电池的充放电电压以及环境温度，根据充放电电压确定积分周期内的电压校正系数，根据环境温度确定积分周期内的温度校正系数。

示例性的，以放电过程中确定温度校正系数为例，本实施例中，当两个时刻的温度差大于设定差值时，变更温度校正系数，计算该周期的电池容量变化量包括：

步骤1.计算温度差大于设定差值的两个时刻之间的电流积分值。

示例性的，本步骤中，设定0时刻的温度为

，

时刻的温度为

，计算电流积分值采用的公式为：

步骤2.确定与电池容量额定值对应的第一温度-SOC曲线，积分周期中与后一时刻温度对应的第二温度-SOC曲线，根据第一温度-SOC曲线和第二温度-SOC曲线确定该积分周期的温度校正系数。

示例性的，本步骤中，根据第二温度-SOC曲线确定与第二温度-SOC曲线中对应的第二满电容量，根据第一温度-SOC曲线确定与第一温度-SOC曲线对应的第一满电容量，将第二满电容量与第一满电容量的比值作为该积分周期的温度校正系数。

示例性的，环境温度的变化容易导致SOC的估计值出现误差，例如，若放电电流相同，不考虑温度对电池容量的影响，在一较低温度下，确定出电池SOC值为0，判定电池不能继续放电，而当环境温度升高时，电池仍能放电一段时间，显然当环境温度升高时，电池SOC值不应为0，这样就导致了SOC估计值误差。

本实施例中，设定温度校正系数，将不同环境温度下的电池容量变化量按照比例统一变换为与选定电池容量额定值对应的环境温度下的电池容量变化量，从而减小由于温度变化导致的SOC估计值误差。

步骤3.通过温度校正系数、电压校正系数与电流积分值的乘积确定该周期的电池容量变化量。

示例性的，本实施例中，确定电压校正系数的方式与确定温度校正系数的方式类似，当两个时刻的电池电压差大于设定差值时，变更电压校正系数，计算该周期的电池容量变化量包括：

步骤1.计算电压差大于设定差值的两个时刻之间的电流积分值。

示例性的，本步骤中，设定0时刻的电压为

，

时刻的电压为

，计算电流积分值采用的公式为：

步骤2.确定与电池容量额定值对应的第一电压-SOC曲线，积分周期中与后一时刻电压对应的第二电压-SOC曲线，根据第一电压-SOC曲线和第二电压-SOC曲线确定该积分周期的温度校正系数。

示例性的，本步骤中，根据第二电压-SOC曲线确定与第二电压-SOC曲线中对应的第二满电容量，根据第一电压-SOC曲线确定与第一电压-SOC曲线对应的第一满电容量，将第二满电容量与第一满电容量的比值作为该积分周期的电压校正系数。

示例性的，本实施例中，若在一个积分周期内电压校正系数和温度校正系数均需要变更，则可以按顺序先确定电压校正系数，再确定温度校正系数。

作为一种可实施方案，本实施例中，监测的充放电电压还可以用于校正基于安时法计算出的电池SOC值。

具体的，可以设定第一电压阈值、第二电压阈值，获取电池电压，若电池电压达到第一电压阈值，则将电池SOC值设定为1，若电池电压达到第二电压阈值，则将电池SOC值设定为0。

示例性的，第一电压阈值可以设定为48V，第二电压阈值可以设定为40V。若电池为锂电池，则锂电池的第一电压阈值可以设定为54V，第二电压阈值可以设定为40V。

本实施例提出的电池SOC估算方法能够有效准确的估算电池的剩余电量，进而准确的确定电池SOC值，可以使用户准确了解当前电池的真实电量。本实施例提出的电池SOC估算方法可以配置在控制器中，通过控制器实现电池SOC估算方法，无需为电池配置专门的BMS管理系统，可以减少整车成本。

本实施例中，作为一种可实施方案，在图1所示方案的基础上，步骤S103还可以包括：

计算电池自耗电电量，根据电池自耗电电量和通过电池工作电流计算出的电池容量变化量确定电池容量剩余量。

具体的，本方案包括：

电池放电时，通过放电电流积分得到第一电能消耗量，用电负载停止工作时，通过电池自耗电电流积分得到第二电能消耗量，根据第一电能消耗量、第二电能消耗量和初始电量确定电池容量剩余量。

示例性的，本方案中，计算放电过程中电池容量剩余量采用的公式为：

上式中，

为第一电能消耗量，

为放电电流，

为第二电能消耗量，

为电池自耗电电流。

示例性的，本方案中，电池自耗电电流可以为一固定值，或者与电池工况，例如环境温度相关的变化值，电池自耗电电流的具体数值可以通过试验获取。

电池充电时，通过充电电流积分得到第三电能消耗量，根据第三电能消耗量和初始电量确定电池容量剩余量。

示例性的，本方案中，计算充电过程中电池容量剩余量采用的公式为：

上式中，

为第三电能消耗量，

为充电电流。

本方案中，通过引入电池自耗电引起的电池容量变化量，可以提高电池SOC值估计的准确性。

图2是实施例中的另一种电池SOC估算方法流程图，参考图2，电池SOC估算方法还可为：

S201.根据开路电压确定第一容量额定值、根据温度确定第二容量额定值、根据标称容量确定第三容量额定值、根据衰减量确定第四容量额定值。

示例性的，本步骤中，确定第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值的方式与步骤S101中记载的方式相同。

示例性的，本步骤中，根据电池的寿命确定衰减量，再根据衰减量确定第四容量额定值。

本方案中，可以根据电池的满电次数或者电池累积充电量达到满电量的次数确定电池的寿命。

作为一种优选方案，本步骤中，若充电电量累积到满电电量，则满电次数加1，根据上述满电次数确定电池的寿命。

示例性的，本方案中，可以根据衰减量-容量曲线确定第四容量额定值，衰减量-容量曲线可以根据试验获取。

S202.将第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值或者第四容量额定值作为电池容量额定值。

示例性的，本步骤中，若电池处于放电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值、第四容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值、第四容量额定值中的最大值作为电池容量额定值。

S203.根据计算出的电池容量剩余量与电池容量额定值确定SOC值。

本步骤中，确定SOC值的方式与图1所示方案中记载的SOC值确定方法相同。

本实施例中，将电池的衰减量引入电池SOC值的估计过程中，可以进一步提高电池SOC值估计的准确性。

实施例二

图3是实施例中的电池SOC估算装置结构示意图，参考图3，本实施例提出一种电池SOC估算装置，包括SOC估算单元100，SOC估算单元100用于：

若电池处于放电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值以及第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值；

根据计算出的电池容量剩余量与电池容量额定值确定SOC值。

作为一种可实施方案，SOC估算单元100还可以用于根据开路电压确定第一容量额定值、根据温度确定第二容量额定值、根据标称容量确定第三容量额定值、根据衰减量确定第四容量额定值；

若电池处于放电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值以及第四容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择第一容量额定值、第二容量额定值、第三容量额定值以及第四容量额定值中的最大值作为电池容量额定值；

根据计算出的电池容量剩余量与电池容量额定值确定SOC值。

本实施例中，确定SOC值的具体过程与实施例一中记载的内容相同，其起到的有益效果也相同，在此不再赘述。

作为一种可实施方案，电池SOC估算装置还可以包括存储单元200，存储单元200用于存储电压电量曲线图，温度电量曲线图，衰减量曲线；

电压电量曲线图用于确定第一容量额定值，温度电量曲线图用于确定第二容量额定值，衰减量曲线用于确定第四容量额定值。

实施例三

图4是实施例中的电池SOC估算系统示意图，参考图4，本实施例提出一种电池SOC估算系统，包括控制器1，控制器1用于实现实施例一记载的任意一种电池SOC估算方法。

作为一种可实施方案，电池SOC估算系统还可以包括库仑计2，库仑计2用于确定放电时的第一电能消耗量、自耗电时的第二电能消耗量、充电时的第三电能消耗量。

第一电能消耗量和第二电能消耗量以及初始电量用于确定放电时的电池容量剩余量，第三电能消耗量以及初始电量用于确定充电时的电池容量剩余量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种电池SOC估算方法，其特征在于，包括：

若电池处于放电阶段，则选择所述第一容量额定值、所述第二容量额定值以及所述第三容量额定值中的最小值作为电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择所述第一容量额定值、所述第二容量额定值以及所述第三容量额定值中的最大值作为所述电池容量额定值；

2.如权利要求1所述的电池SOC估算方法，其特征在于，电池放电时，通过放电电流积分得到第一电能消耗量，用电负载停止工作时，通过电池自耗电电流积分得到第二电能消耗量，根据所述第一电能消耗量、所述第二电能消耗量和初始电量确定所述电池容量剩余量；

3.如权利要求1所述的电池SOC估算方法，其特征在于，还包括根据衰减量确定第四容量额定值；

若电池处于放电阶段，则选择所述第一容量额定值、所述第二容量额定值、所述第三容量额定值以及所述第四容量额定值中的最小值作为所述电池容量额定值；

若电池处于充电阶段，则选择所述第一容量额定值、所述第二容量额定值、所述第三容量额定值以及所述第四容量额定值中的最大值作为所述电池容量额定值。

4.如权利要求3所述的电池SOC估算方法，其特征在于，记录电池的满电次数，根据所述满电次数确定所述衰减量。

5.如权利要求4所述的电池SOC估算方法，其特征在于，若充电电量累积到满电电量，则所述满电次数加1。

6.如权利要求1所述的电池SOC估算方法，其特征在于，设定第一电压阈值、第二电压阈值；

7.一种电池SOC估算装置，其特征在于，包括SOC估算单元，所述SOC估算单元用于：

若电池处于充电阶段，则选择所述第一容量额定值、所述第二容量额定值以及所述第三容量额定值中的最大值作为电池容量额定值；

8.如权利要求7所述的电池SOC估算装置，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元用于存储电压电量曲线图，温度电量曲线图；

所述电压电量曲线图用于确定所述第一容量额定值，所述温度电量曲线图用于确定所述第二容量额定值。

9.一种电池SOC估算系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于实现权利要求1至6任一所述的电池SOC估算方法。

10.如权利要求9所述的电池SOC估算系统，其特征在于，还包括库仑计，所述库仑计用于确定放电时的第一电能消耗量、自耗电时的第二电能消耗量、充电时的第三电能消耗量。