CN113125978A - 一种电动自行车用锂电池soc测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车用锂电池SOC测量方法，涉及电池管理领域，该方法包括：建立OCV‑SOC曲线；电动自行车启动后通过BMS获取锂电池的状态信息；结合OCV‑SOC曲线根据锂电池的状态信息得到SOC初始值；当锂电池在电动自行车运行过程中实时温度值与初始温度值之间差值达到预设温升值时，利用容量补偿值得到SOC目标值，容量补偿值基于容量预估值和上电后状态信息中的电池总容量计算得到，每个温度下的容量预估值利用当前的温度值基于容量预估多项式确定得到，容量预估多项式由锂电池在不同温度下的放电容量拟合得到，本申请能够更好的计算温度对于SOC的影响，进一步提高SOC的准确性和测量精度。

Description

一种电动自行车用锂电池SOC测量方法
技术领域
本发明涉及电池管理领域，尤其是一种电动自行车用锂电池SOC测量方法。
背景技术
随着电动汽车市场的不断扩大，电动汽车的锂电池技术也日趋进步，锂电池在容量、重量和安全等技术上有了明显的进步，从而带动了一大批相关锂电池行业的发展，一些相关技术也能够应用在电动自行车领域，互联网的兴起使得外卖、共享单车市场出现飞速扩大的趋势，在各方面加持下，多个行业对于锂电池需求呈现指数级增长。
SOC表示剩余容量和满充容量的百分比，SOC是电池管理系统中最重要的参数，后续的多项计算都需要SOC，所以它的精度十分重要，锂电池的放电性能受温度影响较大，而电动自行车的锂电池相比于电动汽车来说体积较小，且密封性也没有现有电动汽车的密封性好，同时由于没有汽车级热管理系统给锂电池进行加热，这就导致了电动自行车锂电池在电动自行车在冬季时SOC测量不够准确。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种电动自行车用锂电池SOC测量方法，本发明的技术方案如下：
一种电动自行车用锂电池SOC测量方法，所述方法包括以下步骤：
建立锂电池在不同温度下的OCV-SOC曲线；
电动自行车启动后通过BMS获取所述锂电池的状态信息，所述状态信息包括所述锂电池的上电后状态信息、休眠过程信息和上次下电时状态信息；
结合所述OCV-SOC曲线根据所述锂电池的状态信息得到SOC初始值；
当所述锂电池在电动自行车运行过程中实时温度值与初始温度值之间差值达到预设温升值时，利用容量补偿值对SOC初始值进行补偿修正得到SOC目标值，所述容量补偿值基于实时温度值下的容量预估值、初始温度值下的容量预估值和所述上电后状态信息中的电池总容量计算得到，每个温度下的容量预估值利用当前的温度值基于容量预估多项式确定得到，容量预估多项式由所述锂电池在不同温度下的放电容量拟合得到。
其进一步的技术方案为，则所述结合所述OCV-SOC曲线根据所述锂电池的状态信息得到SOC初始值，包括：
根据所述锂电池的状态信息检测锂电池是否符合预设修正条件；
若锂电池符合预设修正条件，则确定所述上电后状态信息包括的实时温度值下OCV-SOC曲线中，与所述上电后状态信息包括的实时电压值对应的SOC标准值为所述SOC初始值；
若锂电池不符合预设修正条件，则将所述上次下电时状态信息中包括的SOC存储值作为所述SOC初始值。
其进一步的技术方案为，所述上电后状态信息包括实时温度值，所述上次下电时状态信息包括下电时温度值，则当检测到实时温度值与下电时温度值之间的温度差达到预定阈值时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
其进一步的技术方案为，所述休眠过程信息包括休眠时间，则当检测到所述休眠时间大于预设休眠时间时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
其进一步的技术方案为，所述上电后状态信息包括非充放电状态维持时间和实时电流值，当所述实时电流值小于预定电流值且所述非充放电状态维持时间大于预设维持时间时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
其进一步的技术方案为，则所述方法还包括：
当所述电动自行车处于休眠中时，间隔预定功耗时长ta唤醒所述BMS，所述BMS判断是否有电流流通，当有电流流通时，获取当前电流值作为功耗电流值IG，基于所述功耗电流值计算得到相应的休眠功耗PG为：
Figure BDA0003026823280000031
其中，CK表示电池总容量；
基于当前的休眠功耗将SOC存储值SOCinstore更新为：
SOCinstore＝SOCinstore-PG；
其中，SOC存储值的初始值为上次下电时的SOC目标值；
重复执行所述间隔预定功耗时长ta唤醒所述BMS的步骤，直至所述电动自行车启动。
其进一步的技术方案为，所述方法还包括：所述容量预估多项式为：
C(T)＝a1*T3+a2*T2+a3*T+a4；
其中，C()表示容量预估值，T表示温度，a1、a2、a3和a4表示待定系数。
其进一步的技术方案为，所述容量补偿值K的表达式为：
Figure BDA0003026823280000032
其中，C()表示容量预估值，T2表示锂电池实时温度值，T1表示锂电池初始温度值，CK表示电池总容量。
其进一步的技术方案为，所述SOC目标值SOCtarget的表达式为：
Figure BDA0003026823280000033
其中，I(t)表示在升温过程中采集到的多个瞬时电流值，K表示容量补偿值，SOCstart表示SOC初始值，CK表示电池总容量。
本发明的有益技术效果是：本申请通过多个校准方法获取准确的SOC初始值，避免SOC受温度影响而造成的误差；在安时积分法中，对于温度的补偿计算是单独计算的，容量补偿值是独立于积分公式，通过容量补偿值能够更准确的计算出温度对于SOC的影响，更好的测量SOC。
附图说明
图1是本申请的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一种电动自行车用锂电池SOC测量方法，具体步骤如图1所示。
步骤1：建立锂电池在不同温度下的OCV-SOC曲线，OCV指开路电压Open circuitvoltage，因此通过电压和温度即可获取SOC标准值。
步骤2：电动自行车启动后BMS(电池管理系统，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)获取锂电池的状态信息，BMS是一种在电动自行车及电动车领域常见的电池管理单元，能够实时监测电池的状态，状态信息指示锂电池的状态，例如是电压、电流、温度等数据信息，状态信息包括锂电池的上电后状态信息、休眠过程信息和上次下电时状态信息，上电后状态信息指的是电动自行车启动后的相关信息，上次下电时状态信息指的是电动自行车断电时获取的相关信息，即上次使用后断电时刻的相关信息，而上电和下电之间电动自行车处于休眠，此时获取的相关信息称为休眠过程信息，因此上电后状态信息包括实时温度值、启动时温度值、非充放电状态维持时间、实时电流值、实时电压值和电池总容量，上次下电时状态信息包括下电时温度值、SOC存储值，休眠过程信息包括休眠时间。
读取变量信息主要通过BMS的存储装置以及采样电路，存储装置能够存储上次锂电池断电时的相关信息，而采样电路能够在锂电池运行过程中实时采集相关信息，例如通过温度传感器获取锂电池中的相关温度值，BMS通过采样电路获取该数据。
步骤3：获取到状态信息之后，进入校准策略判断，结合OCV-SOC曲线根据锂电池的状态信息得到SOC初始值，校准判断的目的是防止SOC受温度的影响，长期会产生误差，以此步骤来更新SOC初始值。
当锂电池符合预设修正条件时，预设修正条件包括三个判断步骤：
一、根据上电后状态信息和上次下电时状态信息得到差异信息，差异信息包括实时温度值和下电时温度值之间的温度差，当温度差大于预定阈值时，则符合预设修正条件。
二、通过休眠状态信息判断，当休眠时间大于预设休眠时间时，则符合预设修正条件。
三、通过非充放电状态进行判断，当锂电池处于非充放电状态时，即电动自行车处于空载状态，此时电动自行车没有在行驶或者是处于充电状态中，当实时电流值小于预定电流值且非充放电状态维持时间大于预设维持时间时，则符合预设修正条件。
当三个判断依据中的任意一个符合预设修正条件，根据实时温度值选取对应的OCV-SOC曲线，并根据实时电压值得到对应的SOC标准值，SOC标准值作为SOC初始值，代入后续的计算过程中。
当锂电池不符合预设修正条件时，此时通过上次下电时状态信息进行校准。
当电动自行车处于休眠中时，电动自行车在休眠过程中也会存在电池能量损耗的问题，因此，间隔预定功耗时长ta唤醒BMS，BMS判断是否有电流流通，通过是否有电流通过来判断是否产生能量消耗，当没有检测到电流通过时，此时没有能量消耗，而当有电流流通时，获取当前电流值作为功耗电流值IG，基于功耗电流值计算得到相应的休眠功耗PG，计算公式为：
Figure BDA0003026823280000051
其中，CK表示电池总容量；
基于当前的休眠功耗将SOC存储值更新为：
SOCinstore＝SOCinstore-PG；
其中，SOCinstore表示SOC存储值且初始值为上次下电时的SOC目标值，重复执行间隔预定功耗时长ta唤醒所述BMS的步骤，直至电动自行车启动。
进一步的，在实际中对于SOC存储值是有精度要求的，例如，SOC的精度为0.1％，如果休眠功耗PG此次没有达到0.1％，则存储下来与下次计算的功耗做累加，直至达到0.1％，更方便显示SOC的精度。
对于上述的情况，锂电池都是非首次使用的锂电池，这也是在实际情况中经常碰见的情况，但也需要注意一种特殊的情况，即锂电池首次使用的情况：
当锂电池为初次使用电池时，此时BMS的存储设备内数据都为零，锂电池中都存储有用于判断电池新旧的程序标志位First_flg，此时程序标志位为0，BMS通过判断此程序标志位，根据实时电压值和实时温度值通过OCV-SOC曲线得到SOC初始值，并将First_flg置1存入到存储设备中。
步骤4：每个温度下的容量预估值利用当前的温度值基于容量预估多项式确定得到，容量预估多项式包括待定系数a1、a2、a3和a4，则容量预估多项式为：
C(T)＝a1*T3+a2*T2+a3*T+a4；
其中，C()表示容量预估值，T表示温度。
步骤5：容量预估多项式由锂电池在不同温度下的放电容量拟合得到。
具体的实验步骤如下：
选取若干个不同温度值作为实验温度点；
将锂电池在预设常温下充满电后，并将充满电后的锂电池分别置于不同的实验温度点下进行静置处理，静置处理通常将静置时间设定为12个小时，以保证锂电池完全的静置状态，同时对于充满电的锂电池来说，可以选取多个同型号的锂电池进行实验，也可以将同一块锂电池进行多次充放电；
静置处理后将充满电后的锂电池按预定放电速率放电至欠压状态计算出放电容量，预定放电速率通常为0.5C，这里的C指的是满充后的容量，例如满充是10AH，那么0.5C放电就是5A的电流，欠压状态指的是将锂电池放电至所能达到的最低电压，欠压电压值通常指的是电池包内电压最低的一节单体电芯的电压低于2.9V。
将若干个实验温度点和对应的放电容量代入到容量补偿多项式中拟合出待定系数。
下面举出一种具体的实施例，对容量为26AH的锂电池进行实验，具体的实验结果如表一所示。
表一
温度 容量
-15℃ 15
-10℃ 17
-5℃ 19
0℃ 22.5
10℃ 24
25℃ 26
根据容量补偿多项式，得出：
a1＝-1.9e-05，a2＝-0.00662，a3＝0.35484，a4＝21.51163；
步骤6：容量补偿值基于实时温度值下的容量预估值、初始温度值下的容量预估值和上电后状态信息中的电池总容量计算得到，因此容量补偿值K的表达式为：
Figure BDA0003026823280000071
其中，锂电池在使用过程中是一种升温状态，T2表示锂电池实时温度值，T1表示锂电池初始温度值，CK表示电池总容量。
容量补偿值是一个实时更新的数值，初始温度值既可以是启动时温度值，也可以是上次容量补偿过程中的实时温度值，具体的，在一开始进行容量补偿值K计算时，使用到的初始温度值为启动时温度值，而在后续过程中可以将T1表示为上一次的T2，为下一次测量做准备。
步骤7：当锂电池在电动自行车运行过程中温度升高量达到预设温升值时，利用容量补偿值对SOC初始值进行补偿修正得到SOC目标值。
SOC目标值SOCtarget的表达式为：
Figure BDA0003026823280000072
其中，K表示容量补偿值，SOCstart表示SOC初始值，I(t)表示在运行过程中采集到的多个瞬时电流值，需要说明的是，瞬时电流值的采集周期是固定的，例如设定250毫秒的间隔周期进行采集。
现有的安时积分法的表达式为：
Figure BDA0003026823280000081
KT为温度系数，现有的计算方法是将温度系数代入积分公式中计算，没有去考虑温度变化对SOC整体的影响程度，计算方法虽然简便，但还是存在一定的误差，而本申请中对于温度的补偿计算是单独计算的，容量补偿值是独立于积分公式，所以本计算方法的积分公式不包括KT，通过容量补偿值能够更准确的计算出温度对于SOC的影响，更好的测量SOC。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动自行车用锂电池SOC测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
建立锂电池在不同温度下的OCV-SOC曲线；
电动自行车启动后通过BMS获取所述锂电池的状态信息，所述状态信息包括所述锂电池的上电后状态信息、休眠过程信息和上次下电时状态信息；
结合所述OCV-SOC曲线根据所述锂电池的状态信息得到SOC初始值；
当所述锂电池在电动自行车运行过程中实时温度值与初始温度值之间差值达到预设温升值时，利用容量补偿值对SOC初始值进行补偿修正得到SOC目标值，所述容量补偿值基于实时温度值下的容量预估值、初始温度值下的容量预估值和所述上电后状态信息中的电池总容量计算得到，每个温度下的容量预估值利用当前的温度值基于容量预估多项式确定得到，容量预估多项式由所述锂电池在不同温度下的放电容量拟合得到。
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，则所述结合所述OCV-SOC曲线根据所述锂电池的状态信息得到SOC初始值，包括：
根据所述锂电池的状态信息检测锂电池是否符合预设修正条件；
若锂电池符合预设修正条件，则确定所述上电后状态信息包括的实时温度值下OCV-SOC曲线中，与所述上电后状态信息包括的实时电压值对应的SOC标准值为所述SOC初始值；
若锂电池不符合预设修正条件，则将所述上次下电时状态信息中包括的SOC存储值作为所述SOC初始值。
3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述上电后状态信息包括实时温度值，所述上次下电时状态信息包括下电时温度值，则当检测到实时温度值与下电时温度值之间的温度差达到预定阈值时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
4.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述休眠过程信息包括休眠时间，则当检测到所述休眠时间大于预设休眠时间时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
5.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述上电后状态信息包括非充放电状态维持时间和实时电流值，当所述实时电流值小于预定电流值且所述非充放电状态维持时间大于预设维持时间时，确定锂电池符合所述预设修正条件。
6.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，则所述方法还包括：
当所述电动自行车处于休眠中时，间隔预定功耗时长ta唤醒所述BMS，所述BMS判断是否有电流流通，当有电流流通时，获取当前电流值作为功耗电流值IG，基于所述功耗电流值计算得到相应的休眠功耗PG为：
Figure FDA0003026823270000021
其中，CK表示电池总容量；
基于当前的休眠功耗将SOC存储值SOCinstore更新为：
SOCinstore＝SOCinstore-PG；
其中，SOC存储值的初始值为上次下电时的SOC目标值；
重复执行所述间隔预定功耗时长ta唤醒所述BMS的步骤，直至所述电动自行车启动。
7.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述方法还包括：所述容量预估多项式为：
C(T)＝a1*T3+a2*T2+a3*T+a4；
其中，C()表示容量预估值，T表示温度，a1、a2、a3和a4表示待定系数。
8.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述容量补偿值K的表达式为：
Figure FDA0003026823270000022
其中，C()表示容量预估值，T2表示锂电池实时温度值，T1表示锂电池初始温度值，CK表示电池总容量。
9.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述SOC目标值SOCtarget的表达式为：
Figure FDA0003026823270000031
其中，I(t)表示在运行过程中采集到的多个瞬时电流值，K表示容量补偿值，SOCstart表示SOC初始值，CK表示电池总容量。
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