CN114325394A

CN114325394A - 电池堆soc的估算方法、系统、设备及介质

Info

Publication number: CN114325394A
Application number: CN202111633868.1A
Authority: CN
Inventors: 吴海桑; 陈谦; 张俊; 李霄; 李佳
Original assignee: Shanghai Electric Guoxuan New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Electric Guoxuan New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-29

Abstract

本发明公开了一种电池堆SOC的估算方法、系统、设备及介质，该估算方法包括：计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值；基于每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。本发明基于计算得到的电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。实现了基于电池簇的容量值与SOC值精准的估算电池堆的SOC值，减小了电池堆SOC值的估算误差。

Description

电池堆SOC的估算方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，特别涉及一种电池堆SOC(荷电状态)的估算方法、系统、设备及介质。

背景技术

随着新能源行业的快速发展，储能技术作为支持可再生能源并网，提高传统电力效率、安全性、可靠性和经济性，支撑分布式能源、能源互联网、区域能源管理系统以及电动汽车的关键技术，对改变传统供电模式、实现我国能源转型以及可再生能源高比例接入、保证能源安全、实现节能减排的目标具有重要意义。

为了保证电池储能电站中电池的安全可靠运行，防止电池过充过放，有效延长电池的使用寿命，电池储能电站需要配套使用电池管理系统，对电池的电压、温度、充放电电流、SOC等状态进行实时监测。其中，电池的荷电状态SOC优势电池管理系统的核心技术，是监控电池堆状态的核心指标。

目前对于单体电芯的SOC估算的技术和精度上已经比较成熟。而对于电池堆的SOC估算，现有技术只是考虑基于电池组的SOC来估算电池簇的SOC，进而估算出电池堆的SOC，而由于电池簇是若干串并联的单体电芯构成，以及单体电芯的材料、工艺等原因，单体电芯之间存在一致性差异问题。这种差异在组成电池簇后会随着簇间环流、使用工况、环境温度不一致等问题逐渐增大，会导致不能精准地估算出电池簇的SOC，进而不能精准地估算出电池堆的SOC的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中仅基于电池簇SOC不能精准地估算出电池堆SOC的缺陷，提供一种电池堆SOC的估算方法、系统、设备及介质。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明第一方面提供了一种电池堆SOC的估算方法，所述估算方法包括：

计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值；

基于每个所述电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。

较佳地，所述计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值的步骤之前，所述估算方法还包括：

实时采集每个电池组内串并联的各个单体电池的电压值、电流值和温度值；

基于所述电压值、所述电流值和所述温度值计算得到每个单体电池的容量值；

基于所述电压值、所述电流值、所述温度值和所述容量值计算得到每个单体电池的SOC值；

基于每个所述单体电池的容量值和SOC值计算得到每个所述电池组的容量值和SOC值；

基于每个所述电池组的容量值和SOC值计算得到所述电池堆中每个所述电池簇的容量值和SOC值。

较佳地，当电池簇无均衡管理策略时，所述电池堆中每个所述电池簇的容量值和SOC值的计算公式如下：

其中，C_cluster表示电池簇的容量值，SOC_cluster表示电池簇的SOC值，C_i表示第i个单体电池的容量值，SOC_i表示第i个单体电池的SOC值，Ncluster表示串联单体电池的总数量。

较佳地，当电池堆无均衡管理策略时，所述电池堆的SOC值的计算公式如下：

其中，C_stack表示电池堆的容量值，SOC_stack表示电池堆的SOC值，C_i表示第i个单体电池的容量值，SOC_i表示第i个单体电池的SOC值，Nstack表示串联单体电池的总数量。

较佳地，所述基于所述电压值、所述电流值和所述温度值计算得到每个单体电池的容量值的步骤包括：

基于所述电压值、所述电流值和所述温度值采用粒子滤波算法计算得到每个单体电池的容量值。

较佳地，所述基于所述电压值、所述电流值、所述温度值和所述容量值计算得到每个单体电池的SOC值的步骤包括：

基于所述电压值、所述电流值、所述温度值和所述容量值采用安时积分法计算得到每个单体电池的SOC值。

较佳地，当电池组无均衡管理策略时，每个所述电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

其中，C_pack表示电池组的容量值，SOC_pack表示电池组的SOC值，C_i表示第i个单体电池的容量值，SOC_i表示第i个单体电池的SOC值，Ns表示串联单体电池的总数量。

较佳地，当电池组采用被动均衡管理策略时，每个所述电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

SOC_pack＝SOC_{min_cell}

其中，C_{min_cell}表示最小容量单体电池的容量，SOC_{min_cell}表示最小容量单体电池的SOC值。

较佳地，当电池组采用主动均衡管理策略时，每个所述电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

本发明第二方面提供了一种电池堆SOC的估算系统，所述估算系统包括第一计算模块和第二计算模块；

所述第一计算模块，用于计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值；

所述第二计算模块，用于基于每个所述电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。

较佳地，所述估算系统还包括采集模块、第三计算模块、第四计算模块、第五计算模块和第六计算模块；

所述采集模块，用于实时采集每个电池组内串并联的各个单体电池的电压值、电流值和温度值；

所述第三计算模块，用于基于所述电压值、所述电流值和所述温度值计算得到每个单体电池的容量值；

所述第四计算模块，用于基于所述电压值、所述电流值、所述温度值和所述容量值计算得到每个单体电池的SOC值；

所述第五计算模块，用于基于每个所述单体电池的容量值和SOC值计算得到每个所述电池组的容量值和SOC值；

所述第六计算模块，用于基于每个所述电池组的容量值和SOC值计算得到所述电池堆中每个所述电池簇的容量值和SOC值。

较佳地，所述第三计算模块，具体用于基于所述电压值、所述电流值和所述温度值采用粒子滤波算法计算得到每个单体电池的容量值。

较佳地，所述第四计算模块，具体用于基于所述电压值、所述电流值、所述温度值和所述容量值采用安时积分法计算得到每个单体电池的SOC值。

SOC_pack＝SOC_{min_cell}

本发明第三方面提供了一种车机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现如第一方面所述的电池堆SOC的估算方法。

本发明第四方面提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在由处理器执行时实现如第一方面所述的电池堆SOC的估算方法。

在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明基于计算得到的电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。实现了基于电池簇的容量值与SOC值精准的估算电池堆的SOC值，减小了电池堆SOC值的估算误差。

附图说明

图1为本发明实施例1的电池堆SOC的估算方法的第一流程图。

图2为本发明实施例1的电池堆SOC的估算方法的第二流程图。

图3为本发明实施例2的电池堆SOC的估算系统的模块示意图。

图4为本发明实施例3的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种电池堆SOC的估算方法，如图1所示，该估算方法包括：

步骤101、计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值；

本实施例中，每个电池簇可以看作多个单体电池首先经过串并联构成电池组，再由多个电池组串联构成，电池堆由多个电池簇串联组成。

在一可实施的方案中，当电池簇无均衡管理策略时，电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值的计算公式如下：

本实施例中，如果电池组的构成模式为aPbS，即由a个电芯并联，再由b个该结构串联构成；电池簇的电池组数量为c个；则电池簇的电芯总数量为(a·b·c)个。但是对于a个并联的电芯来说，电池管理系统BMS无法监视每个电芯的电流，因此a个并联的电芯可以视为1个单体电池对待。由此，电池簇可视为由(b·c)个单体电池串联构成，串联的单体电池数量记为Ncluster。

需要说明的是，电池簇的充电和放电由PCS(储能变流器)实现，当电池簇中的任一节单体电池电压达到设定的充满截至电压或放电截至电压时，整个电池簇便会停止充电或放电，以防止电池出现过充或过放，此时认为电池簇处于充满或放空状态。当多个单体电池串联时，通过单体电池的电流相同，但是单体电池电压由于单体电池间存在的不一致性则不尽相同，所以在计算电池组的SOC值时需要考虑单体电池的一致性差异，这种差异可能是由容量差异、SOC值差异带来的。当电池组构成电池簇时，由于电池簇的结构特性，温度差异，往往会导致电池组分别工作在不同的工作环境中。尽管电池簇内有组间主动均衡，温度控制等功能，但是这样的工作环境差异日积月累之下最终还是会带来电池组的真实容量差异。所以在计算电池簇的SOC值时需要考虑到电池组的容量差异性，以实现基于电池组真实可放出的电量计算电池簇的SOC值，同时也实现了在单体电池、电池组不一致情况下电池簇的SOC值的估算。

步骤102、基于每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。

在一可实施的方案中，当电池堆无均衡管理策略时，电池堆的SOC值的计算公式如下：

本实施例中，电池堆可以看作单体电池首先经过串并联构成电池组，多个电池组串联构成电池簇，再由多个电池簇串联二乘得到电池堆。具体地，单个电池簇的SOC值得到之后会传递给储能系统控制器，进一步储能系统根据上述电池堆SOC值的计算公式得到构成储能系统电池堆的SOC值。实现了由单体电池的SOC值推及计算出电池组的SOC值，进而计算出电池簇的SOC值，最终精准地推算出电池堆的SOC值。

在一可实施的方案中，如图2所示，步骤101之前，该估算方法还包括：

步骤100、实时采集每个电池组内串并联的各个单体电池的电压值、电流值和温度值；

本实施例中，通过单体电池的控制器来实时采集每个单体电池的电压值、电流值和温度值。

步骤1000、基于电压值、电流值和温度值计算得到每个单体电池的容量值；

在一可实施的方案中，基于电压值、电流值和温度值采用粒子滤波算法计算得到每个单体电池的容量值。具体地，单体电池的控制器基于日历老化衰减模型，采用粒子滤波算法计算得到每个单体电池的容量值。

步骤1001、基于电压值、电流值、温度值和容量值计算得到每个单体电池的SOC值；

在一可实施的方案中，基于电压值、电流值、温度值和容量值采用安时积分法计算得到每个单体电池的SOC值。具体地，单体电池的控制器基于电压值、电流值、温度值和容量值采用安时积分法，基于电芯模型的卡尔曼估计、在线最小二乘估计等计算得到每个单体电池的SOC值。

步骤1002、基于每个单体电池的容量值和SOC值计算得到每个电池组的容量值和SOC值；

步骤1003、基于每个电池组的容量值和SOC值计算得到电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值。

在一可实施的方案中，当电池组无均衡管理策略时，每个电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

本实施例中，当电池组无均衡管理策略时，在充电过程中，拥有最小剩余可充电容量的单体电池将率先达到充电截止状态；在放电过程中，拥有最小剩余可放电容量的单体电池将率先达到放电截止状态；因此电池组的容量被定义为最小剩余可充电的容量与最小剩余可放电的容量之和。与此同时，拥有最小剩余可放电容量的单体电池将决定整个电池组的可放电容量，所以电池组的SOC值被定义为最小剩余可放电的容量与电池组容量的比值。

在一可实施的方案中，当电池组采用被动均衡管理策略时，每个电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

SOC_pack＝SOC_{min_cell}

本实施例中，当电池组采用被动均衡管理策略时，在充电过程中，所有的单体电池经过充电均衡以后拥有相同的SOC值；在放电过程中，拥有最小容量的单体电池将率先达到放电截止状态，从而使整个电池组停止工作。因此，电池组的容量值与SOC值将由拥有最小容量的单体电池所决定。

在一可实施的方案中，当电池组采用主动均衡管理策略时，每个电池组的容量值和SOC值的计算公式如下：

本实施例中，当电池组采用主动均衡管理策略时，在充电过程中，电池组内的每个单体电池的SOC值将保持一致，理论上所有单体电池将同时达到充电截止和放电截止状态。

本实施例基于计算得到的电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。实现了基于电池簇的容量值与SOC值精准的估算电池堆的SOC值，减小了电池堆SOC值的估算误差。

实施例2

本实施例提供一种电池堆SOC的估算系统，如图3所示，该估算系统包括第一计算模块1和第二计算模块2；

第一计算模块1，用于计算电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值；

需要说明的是，电池簇的充电和放电由PCS实现，当电池簇中的任一节单体电池电压达到设定的充满截至电压或放电截至电压时，整个电池簇便会停止充电或放电，以防止电池出现过充或过放，此时认为电池簇处于充满或放空状态。当多个单体电池串联时，通过单体电池的电流相同，但是单体电池电压由于单体电池间存在的不一致性则不尽相同，所以在计算电池组的SOC值时需要考虑单体电池的一致性差异，这种差异可能是由容量差异、SOC值差异带来的。当电池组构成电池簇时，由于电池簇的结构特性，温度差异，往往会导致电池组分别工作在不同的工作环境中。尽管电池簇内有组间主动均衡，温度控制等功能，但是这样的工作环境差异日积月累之下最终还是会带来电池组的真实容量差异。所以在计算电池簇的SOC值时需要考虑到电池组的容量差异性，以实现基于电池组真实可放出的电量计算电池簇的SOC值，同时也实现了在单体电池、电池组不一致情况下电池簇的SOC值的估算。

第二计算模块2，用于基于每个电池簇的容量值和SOC值计算得到电池堆的SOC值。

在一可实施的方案中，如图3所示，该估算系统还包括采集模块3、第三计算模块4、第四计算模块5、第五计算模块6和第六计算模块7；

采集模块3，用于实时采集每个电池组内串并联的各个单体电池的电压值、电流值和温度值；

第三计算模块4，用于基于电压值、电流值和温度值计算得到每个单体电池的容量值；

第四计算模块5，用于基于电压值、电流值、温度值和容量值计算得到每个单体电池的SOC值；

第五计算模块6，用于基于每个单体电池的容量值和SOC值计算得到每个电池组的容量值和SOC值；

第六计算模块7，用于基于每个电池组的容量值和SOC值计算得到电池堆中每个电池簇的容量值和SOC值。

SOC_pack＝SOC_{min_cell}

实施例3

图4为本发明实施例3提供的一种电子设备的结构示意图。该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现实施例1的电池堆SOC的估算方法。图4显示的电子设备30仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备30可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备30的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器31、上述至少一个存储器32、连接不同系统组件(包括存储器32和处理器31)的总线33。

总线33包括数据总线、地址总线和控制总线。

存储器32可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)321和/或高速缓存存储器322，还可以进一步包括只读存储器(ROM)323。

存储器32还可以包括具有一组(至少一个)程序模块324的程序/实用工具325，这样的程序模块324包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

处理器31通过运行存储在存储器32中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1的电池堆SOC的估算方法。

电子设备30也可以与一个或多个外部设备34(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口35进行。并且，模型生成的设备30还可以通过网络适配器36与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图4所示，网络适配器36通过总线33与模型生成的设备30的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的设备30使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

实施例4

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现实施例1的电池堆SOC的估算方法。

其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。

在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现实施例1的电池堆SOC的估算方法。

其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。