CN114200317A - 一种动态修正安时积分法的soc估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种动态修正安时积分法的SOC估算方法；通过安时积分法算出当前电池SOC，将该值代入电池二阶RC等效模型中算出当前电池端电压(U_估算)，与真实采样端电压值(U_真实)进行差值计算，若差值大于电压采样误差(ζ_u误差)，则不断修正采样电流值来校正SOC值；否则，直接输出SOC值；与传统的安时积分法估算SOC相比，本发明考量了电流采样精度、电池内阻、温度、老化等因素，SOC估算更为准确和可靠。

Description

一种动态修正安时积分法的SOC估算方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种动态修正安时积分法的SOC估算方法。

背景技术

动力电池作为新能源汽车的储能单元，其荷电状态(State Of Charge,SOC)反应了电池剩余电量，是衡量电池放电能力、电池均衡管控、充放电截止条件的关键参数，SOC无法直接被测量，只能通过电池管理系统(BMS)采集电压、电流和温度等参数进行估算。目前普遍采用的估算方法是安时积分法，利用电流积分与当前电池最大容量比值得到SOC，但该方法受限于电流采样精度、初始SOC估算困难、电池自放电、电流剧烈变化和容量衰减等因素影响，无法准确反映真实SOC。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种动态修正安时积分法的SOC估算方法；其中SOC为荷电状态(State Of Charge)，通过安时积分法算出当前电池SOC，将该值代入电池二阶RC等效模型中算出当前电池端电压(U_估算)，与真实采样端电压值(U_真实)进行差值计算，若差值大于电压采样误差(ζ_u误差)，则不断修正采样电流值来校正SOC值；否则，直接输出SOC值；与传统的安时积分法估算SOC相比，本发明考量了电流采样精度、电池内阻、温度、老化等因素，SOC估算更为准确和可靠。

一种动态修正安时积分法的SOC估算方法，包括以下步骤：

步骤一、OCV-SOC曲线建立：

对锂离子电池进行不同温度、不同SOC下充放电，静置一小时后测量开路电压数据，建立不同温度的OCV-SOC曲线图；

步骤二、电池二阶RC等效模型建立：

将电池等效为二阶RC模型，通过参数辨识方法计算R₁、R₂、R₃、C₂和C₃参数，建立开路电压U_开路和端电压估算值U_估算的关系式，即：U_估算＝U_开路-I_tR₁-U_R2-U_R3，其中I_t为测得的电池放电电流；

步骤三、初始SOC获取：

通过判断待测电池静置时间的长短来获取初始SOC，即当电池静置时间大于45min时，通过步骤一建立的OCV-SOC曲线获得初始SOC；当电池静置时间小于45min，读取电池管理系统——BMS存储的SOC作为初始SOC；

步骤四、通过安时积分法算得电池放电t时间内的SOC_t，公式如下：

SOC_t＝SOC_初始-∫ηI_tdt/Q_额定，其中Q_额定为电池的额定容量、η为电池的库伦效率；

步骤五、端电压估算值U_估算和误差计算：

将SOC_t代入步骤一所得的OCV-SOC曲线图，得到电池t时刻的开路电压U_开路t，将U_开路t代入步骤二的关系式，计算出U_估算，将该值与真实所测端电压U_真实按下式计算误差ζ：

ζ＝∣U_估算—U_真实∣

步骤六、动态修正：

若ζ≤ζ_u误差，其中ζ_u误差为电压采样误差，则步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值；

若ζ>ζ_u误差,不断重复步骤四和步骤五的操作，每重复一次，在步骤四计算过程中分别对I_t在其采样误差范围内按照正比例进行调节，即按照I_t±ζ_i误差/n调节，其中ζ_i误差为电流采样误差，n按照电流误差范围大小进行选取，直至ζ<ζ_u误差，此时步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值。

本发明的有益效果：

本发明考量了电流采样精度、电池内阻、温度、老化等因素，SOC估算更为准确和可靠；

本发明引入电池端电压作为校正因子，从电流和电压双重维度来修正SOC，为整车在动态工况下SOC的估算困难提供一种解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电池二阶RC等效电路模型；

图2为本发明的动态修正安时积分法的SOC估算流程图。

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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例1

一种动态修正安时积分法的SOC估算方法，包括以下步骤：

步骤一、OCV-SOC曲线建立：

对锂离子电池进行不同温度(每隔5摄氏度进行一次)、不同SOC下充放电，静置一小时后测量开路电压(OCV)数据，建立不同温度的OCV-SOC曲线图；

步骤二、电池二阶RC等效模型建立：

如图1所示，二阶RC模型的结构为：电阻R1、电阻R2和电阻R3串联，且电阻R1连接电源正极，电阻R3连接电源负极，且电容C2与电阻R2并联，电容C3与电阻R3并联；

将电池等效为二阶RC模型，通过参数辨识方法计算R₁、R₂、R₃、C₂和C₃参数，建立开路电压U_开路和端电压估算值U_估算的关系式，即：U_估算＝U_开路-I_tR₁-U_R2-U_R3，其中I_t为测得的电池放电电流；

步骤三、初始SOC获取：

通过判断待测电池静置时间的长短来获取初始SOC，即当电池静置时间大于45min时，通过步骤一建立的OCV-SOC曲线获得初始SOC；当电池静置时间小于45min，读取电池管理系统——BMS存储的SOC作为初始SOC，并命名为SOC_初始；

步骤四、通过安时积分法算得电池放电t时间内的SOC_t，公式如下：

SOC_t＝SOC_初始-∫ηI_tdt/Q_额定，其中Q_额定为电池的额定容量、η为电池的库伦效率；

步骤五、端电压估算值U_估算和误差计算：

将SOC_t代入步骤一所得的OCV-SOC曲线图，得到电池t时刻的开路电压U_开路t，将U_开路t代入步骤二的关系式，计算出U_估算，将该值与真实所测端电压U_真实按下式计算误差ζ：

ζ＝∣U_估算—U_真实∣

步骤六、动态修正：

若ζ≤ζ_u误差，其中ζ_u误差为电压采样误差(指测量电压的传感器本身存在的采样误差)，则步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值；

若ζ>ζ_u误差,不断重复步骤四和步骤五的操作，每重复一次，在步骤四计算过程中分别对I_t在其采样误差范围内按照正比例进行调节，即按照I_t±ζ_i误差/n调节，其中ζ_i误差为电流采样误差(指测量电流的传感器本身存在的采样误差)，n按照电流误差范围大小进行选取，可选取50，100，150……，直至ζ<ζ_u误差，此时步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值。

实施例2

本发明提供一种动态修正安时积分法的SOC估算方法，利用估算与测量的端电压之间的差值来修正SOC，其主要步骤如下：

步骤1、OCV-SOC曲线获取：针对锂离子电池进行不同温度、不同SOC下充放电，静置一小时后测量开路电压(OCV)，所记录数据需将3次测量值作为平均值，从而建立不同温度(-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、、、、+50℃、+55℃、+60℃)的OCV-SOC曲线图；

步骤2、电池二阶RC等效模型建立：如图1所示，将电池等效为二阶RC模型，通过参数辨识方法或的参数R1、R2、R3、C2和C3参数，建立开路电压(U_开路)和端电压(U_估算)的关系式：U_估算＝U_开路-I_tR₁-U_R2-U_R3，其中放电电流符号为+，充电电流符号为-；

步骤3、SOC_初始获取：通过判断电池静置时间的长短来获取SOC_初始,当电池静置时间大于45min时，可查询OCV-SOC曲线图，获得SOC_初始；当电池静置时间小于45min，读取BMS存储的SOC作为SOC_初始；

步骤4、安时积分法估算SOC:通过公式SOC_t＝SOC_初始-∫ηI_tdt/Q_额定算得t时间的SOC_t，其中I_t为母线电流、Q_额定为额定容量、η为库伦效率和SOC_初始为初始SOC；

步骤5、端电压估算(U_估算)和误差计算：将SOC_t代入电池二阶RC等效模型公式中，计算出端电压U_估算，将该值与真实所测端电压(U_真实)进行误差计算(ζ＝∣U_估算—U_真实∣)；

步骤6、动态修正：若ζ≤ζ_u误差(电压采样误差)，则输出SOC_t；若ζ>ζ_误差,I_t在其采样误差范围内按照I_t±ζ_i误差/n(ζ_i误差为电流采样误差，n可按照电流误差范围大小进行选取，可选取50，100，150等)进行调节，重复步骤4和步骤5的操作进行，直至ζ<ζ_u误差，输出修正后的SOC_t；

以上步骤3到步骤6的详细过程见图2所示。

本发明的动态修正安时积分法的SOC估算方法，利用估算与测量的端电压值之间的差值不断修正SOC，考量了采样误差、电流剧烈变化、电池老化和初始SOC预估困难等因素影响，使得SOC估算更为准确和可靠。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (1)

1.一种动态修正安时积分法的SOC估算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、OCV-SOC曲线建立：

对锂离子电池进行不同温度、不同SOC下充放电，静置一小时后测量开路电压数据，建立不同温度的OCV-SOC曲线图；

步骤二、电池二阶RC等效模型建立：

将电池等效为二阶RC模型，通过参数辨识方法计算R₁、R₂、R₃、C₂和C₃参数，建立开路电压U_开路和端电压估算值U_估算的关系式，即：U_估算＝U_开路-I_tR₁-U_R2-U_R3，其中I_t为测得的电池放电电流；

步骤三、初始SOC获取：

通过判断待测电池静置时间的长短来获取初始SOC，即当电池静置时间大于45min时，通过步骤一建立的OCV-SOC曲线获得初始SOC；当电池静置时间小于45min，读取电池管理系统——BMS存储的SOC作为初始SOC；

步骤四、通过安时积分法算得电池放电t时间内的SOC_t，公式如下：

SOC_t＝SOC_初始-∫ηI_tdt/Q_额定，其中Q_额定为电池的额定容量、η为电池的库伦效率；

步骤五、端电压估算值U_估算和误差计算：

将SOC_t代入步骤一所得的OCV-SOC曲线图，得到电池t时刻的开路电压U_开路t，将U_开路t代入步骤二的关系式，计算出U_估算，将该值与真实所测端电压U_真实按下式计算误差ζ：

ζ＝∣U_估算—U_真实∣

步骤六、动态修正：

若ζ≤ζ_u误差，其中ζ_u误差为电压采样误差，则步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值；

若ζ>ζ_u误差,不断重复步骤四和步骤五的操作，每重复一次，在步骤四计算过程中分别对I_t在其采样误差范围内按照正比例进行调节，即按照I_t±ζ_i误差/n调节，其中ζ_i误差为电流采样误差，n按照电流误差范围大小进行选取，直至ζ<ζ_u误差，此时步骤四计算得到的SOC_t即为最终待测电池的SOC估算值。

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