CN114421568A - 基于校正soc的电池管理系统主动均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，采集电池运行时的单体电流和运行时间；对采集到的数据进行积分运算，计算得到SOC值；采用电压差与容量差比值方法△V/△Q，对SOC值进行校正；将校正后的SOC值进行主动均衡，具体包括：对充、放电状态下的单体电池SOC进行监测，当监测到某一个单体电池SOC过高或过低时，控制电池组进行单体电池间的能量转移。本发明保证电池组在标称电压、电流范围内有效运行，避免了以开路电压为基准的变压均衡带来的准确性差的问题，也避免了使用单纯的积分计算SOC导致的误差累积问题，可以有效实现主动均衡，降低成本，提升准确性。

Description

基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，具体的说，是一种基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法。

背景技术

随着新能源技术的发展，近年来越来越多的产品采用锂电池作为主要电源，为了满足不同用途负载对于电源的电压及功率要求，电池常采用串联、并联的方式进行使用。但由于电池不一致性的客观存在，会导致串、并联在一起的电池存在电池电压不一致、电池容量不一致等情况，在使用过程中产生过充、过放等情况，影响电池使用的安全性。电池均衡就是利用电子技术使单体电池的差异保持在可控范围内，保障使用安全。主动均衡方法是以电量转移的方式进行均衡，相比于被动均衡，主动均衡具有效率高，损耗小的特点。但目前的主动均衡多采用以电压为基准的变压均衡，对于锂电池而言，其充放电过程中电压变化较缓，采用变压均衡的方法准确率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，用于解决现有技术中电池均衡中的主动均衡方法多采用以电压为基准的变压均衡，对于锂电池而言，其充放电过程中电压变化较缓，采用变压均衡的方法准确率不高的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，包括：

步骤S10，采集电池运行时的单体电流和运行时间；

步骤S20、对采集到的数据进行积分运算，计算得到SOC值；

步骤S30、采用电压差与容量差比值方法△V/△Q，对SOC值进行校正；

步骤S40、将校正后的SOC值进行主动均衡。

所述步骤S40具体包括：

步骤S41、对充电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＞K

对放电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＜K

其中，SOC_n为校正后的第n个单体电池SOC值，SOC_avg为当前电池组SOC平均值，K为预先设定的均衡阈值；

步骤S42、当监测到某一个单体电池SOC过高或过低时，控制电池组进行单体电池间的能量转移。

在电池充放电过程中，控制单体电池能量的转移，防止电池出现过充、过放现象，保护电池组在额定范围内安全运行。

所述步骤S20中采用安时积分法，将将单体电池内的电流按时间进行积分，获得该时间段内单体电池内剩余电量即SOC值：

其中，SOC₀是电池初始SOC数值，C_N为电池额定容量，I为在τ时刻采集到的电流，t为运行时间；当充电时，积分

为负值，表示荷电量增加，当放电时，积分为正值，表示荷电量减少。

所述步骤S30中确定当前SOC处于△V/△Q的峰值时，对SOC值进行修正，具体包括：

步骤A1：设起始电压V₀，起始时间t₀，电池总容量Q，t时的采样电压V_t、采样电流I_t，其中采样电压单位为mV，运行时间t、起始时间t₀的单位为s；

步骤A2：设ΔV＝V_t-V₀，如果ΔV≥10mV，否则，等待下一个采样，并返回步骤A1；

步骤A3：当前时刻t的电池容量Q_t，Q_t＝I_t×t，当前时刻t的SOC为：

当前时刻t锂离子饱和度

斜率

其中，初始锂离子饱和度η₀为0；

步骤A4：若η_t＞500且k_t＞0，记录当前V_t、I_t、t，并记SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，进入步骤A5；若不满足条件，则记录SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，将当前数据作为初始值，重新计时采样，并返回步骤A1；

步骤A5：当ΔV＝V_t+1-V_t且ΔV≥10mV时，按照步骤A3所述计算方法对t+1时刻的数据进行计算，则有

若k_t+1≤0，记录当前数据并返回步骤A2；若k_t+1＞0，则进入步骤A6；

步骤A6：则认为当η_t＞500并且k_t＞0时的点就是第一个峰值点，若|SOC_t-51|＜5，则不进行补偿；若|SOC_t-51|＞5，则令ΔSOC＝SOC_t-50，则将时刻t+1的SOC值修正为SOC_t+1＝SOC_t+1+ΔSOC。

通过△V/△Q方法，在电池组充放电中段和尾段对安时积分法计算的SOC值进行校正，△V/△Q方法是通过对电池的充放电实验得知。由于电池自身结构及材料的影响，在充、放电至51％、90％时系统△V/△Q值会出现两峰值，即电压差比容量差的最大值，峰值点与SOC具有稳定的关系。因此，可以通过电压差与容量差比值的峰值，确定系统当前SOC处于51％或90％并对SOC进行修正。

所述步骤S10中采样周期小于或等于30秒。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明以校正后的单体电池SOC数据为基础，对电池进行主动均衡，保证电池组在标称电压、电流范围内有效运行，避免了以开路电压为基准的变压均衡带来的准确性差的问题，也避免了使用单纯的积分计算SOC导致的误差累积问题，可以有效实现主动均衡，降低成本，提升准确性。

(2)本发明易于实施，可提升主动均衡的准确性，保障电池组的安全运行，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

结合附图1所示，一种基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，包括：

步骤S10，采集电池运行时的单体电流和运行时间；采集由单体电流、运行时间组成的数据作为输入数据，可使用电池管理系统中用于监控电池运行状态的电流、运行时间进行采样；采样一般采用30秒一次或更短，可降低传输数据的频率为1分钟一次，在保证预测实时性的同时降低系统功耗；

步骤S20、对采集到的数据进行积分运算，计算得到SOC值；

步骤S30、采用电压差与容量差比值方法△V/△Q，对SOC值进行校正；

步骤S40、将校正后的SOC值进行主动均衡，具体包括：

步骤S41、对充电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＞K

对放电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＜K

其中，SOC_n为校正后的第n个单体电池SOC值，SOC_avg为当前电池组SOC平均值，K为预先设定的均衡阈值。

步骤S42、当监测到某一个单体电池SOC过高或过低时，控制电池组进行单体电池间的能量转移。

在电池充放电过程中，当监测到某一个单体电池SOC过高或过低时，控制单体电池能量的转移，防止电池出现过充、过放现象，保护电池组在额定范围内安全运行；

主动均衡的电路实现可以采用DC/DC转换器及开关组件，其中DC/DC转换器既与电池组正负极相连，同时通过开关组件与单体电池相连，从而实现对单体电池的充放电控制，进行能量转移。

所述步骤S20中采用安时积分法，将将单体电池内的电流按时间进行积分，获得该时间段内单体电池内剩余电量即SOC值：

其中，SOC₀是电池初始SOC数值，C_N为电池额定容量，I为在τ时刻采集到的电流，t为运行时间；当充电时，积分

为负值，表示荷电量增加，当放电时，积分为正值，表示荷电量减少。

所述步骤S30中确定当前SOC处于△V/△Q的峰值时，对SOC值进行修正，具体包括：

步骤A1：设起始电压V₀，起始时间t₀，电池总容量Q，t时的采样电压V_t、采样电流I_t，其中采样电压单位为mV，运行时间t、起始时间t₀的单位为s；

步骤A2：设ΔV＝V_t-V₀，如果ΔV≥10mV，否则，等待下一个采样，并返回步骤A1；

步骤A3：当前时刻t的电池容量Q_t，Q_t＝I_t×t，当前时刻t的SOC为：

当前时刻t锂离子饱和度

斜率

其中，初始锂离子饱和度η₀为0；

步骤A4：若η_t＞500且k_t＞0，记录当前V_t、I_t、t，并记SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，进入步骤A5；若不满足条件，则记录SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，将当前数据作为初始值，重新计时采样，并返回步骤A1；

步骤A5：当ΔV＝V_t+1-V_t且ΔV≥10mV时，按照步骤A3所述计算方法对t+1时刻的数据进行计算，则有

若k_t+1≤0，记录当前数据并返回步骤A2；若k_t+1＞0，则进入步骤A6；

步骤A6：则认为当η_t＞500并且k_t＞0时的点就是第一个峰值点，若|SOC_t-51|＜5，则不进行补偿；若|SOC_t-51|＞5，则令ΔSOC＝SOC_t-50，则将时刻t+1的SOC值修正为SOC_t+1＝SOC_t+1+ΔSOC。

通过△V/△Q方法，在电池组充放电中段和尾段对安时积分法计算的SOC值进行校正，△V/△Q方法是通过对电池的充放电实验得知。由于电池自身结构及材料的影响，在充、放电至51％、90％时系统△V/△Q值会出现两峰值，即电压差比容量差的最大值，峰值点与SOC具有稳定的关系。因此，可以通过电压差与容量差比值的峰值，确定系统当前SOC处于51％或90％并对SOC进行修正。第一个峰值点出现在SOC为51％(误差小于2％)，以该点作为修正基准点，参数(-51，51)是自定义参数。当误差小于5％时，认为误差在可接受范围内，不需要调整，当误差大于等于5％时，认为需要进行修正SOC值。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，包括：

步骤S10，采集电池运行时的单体电流和运行时间；

步骤S20、对采集到的数据进行积分运算，计算得到SOC值；

步骤S30、采用电压差与容量差比值方法△V/△Q，对SOC值进行校正；

步骤S40、将校正后的SOC值进行主动均衡。

2.根据权利要求1所述的基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，所述步骤S40具体包括：

步骤S41、对充电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＞K

对放电状态下的单体电池SOC进行监测的公式为：

SOC_n-SOC_avg＜K

其中，SOC_n为校正后的第n个单体电池SOC值，SOC_avg为当前电池组SOC平均值，K为预先设定的均衡阈值；

步骤S42、当监测到某一个单体电池SOC过高或过低时，控制电池组进行单体电池间的能量转移。

3.根据权利要求2所述的基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，所述步骤S20中采用安时积分法，将将单体电池内的电流按时间进行积分，获得该时间段内单体电池内剩余电量即SOC值：

其中，SOC₀是电池初始SOC数值，C_N为电池额定容量，I为在τ时刻采集到的电流，t为运行时间；当充电时，积分

为负值，表示荷电量增加，当放电时，积分为正值，表示荷电量减少。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，所述步骤S30中确定当前SOC处于△V/△Q的峰值时，对SOC值进行修正，具体包括：

步骤A1：设起始电压V₀，起始时间t₀，电池总容量Q，t时的采样电压V_t、采样电流I_t，其中采样电压单位为mV，运行时间t、起始时间t₀的单位为s；

步骤A2：设ΔV＝V_t-V₀，如果ΔV≥10mV，进入步骤A3；否则，等待下一个采样，并返回步骤A1；

步骤A3：当前时刻t的电池容量Q_t，Q_t＝I_t×t，当前时刻t的SOC为：

当前时刻t锂离子饱和度

斜率

其中，初始锂离子饱和度η₀为0；

步骤A4：若η_t＞500且k_t＞0，记录当前V_t、I_t、t，并记SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，进入步骤A5；若不满足条件，则记录SOC₀＝SOC_t，V₀＝V_t，I₀＝I_t，Q_o＝Q_t，将当前数据作为初始值，重新计时采样，并返回步骤A1；

步骤A5：当ΔV＝V_t+1-V_t且ΔV≥10mV时，按照步骤A3所述计算方法对t+1时刻的数据进行计算，则有

若k_t+1≤0，记录当前数据并返回步骤A2；若k_t+1＞0，则进入步骤A6；

步骤A6：则认为当η_t＞500并且k_t＞0时的点就是第一个峰值点，若|SOC_t-51|＜5，则不进行补偿；若|SOC_t-51|＞5，则令ΔSOC＝SOC_t-50，则将时刻t+1的SOC值修正为SOC_t+1＝SOC_t+1+ΔSOC。

5.根据权利要求1所述的基于校正SOC的电池管理系统主动均衡方法，其特征在于，所述步骤S10中采样周期小于或等于30秒。

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