CN115144774A - 一种基于动态加权平均法估算电池包soc的方法和装置 - Google Patents

一种基于动态加权平均法估算电池包soc的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法和装置,涉及电池技术领域,该方法包括:获取任一时刻单体电池SOC的最小值和最大值;设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值;在充电状态时,当单体电池SOC的最大值大于等于最大阈值,则将单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC;在放电状态时,当单体电池SOC的最小值小于等于最小阈值,则将单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC;当单体电池SOC的最大值小于最大阈值且单体电池SOC的最小值大于最小阈值,则根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,在整个充放电过程中,计算得到的真实SOC为随时间变化的连续、平滑的曲线。

Description

一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法和装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其是一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法和装置。
背景技术
在电动自行车等应用领域,所使用的电池包是由多个单体电池串联而成,然而在生产工艺、生产批次、材质等方面不同电池存在细微差异,单体电池的电气特性存在差异是必然的结果。在估算整个电池包的真实SOC时,一般采用单体电池SOC的平均值、最大值或最小值当作电池包的真实SOC,由于电池组状态转换期间会存在SOC数据较大的波动,采用这种方式不能很好的消除或者减小估算时的差异,进而导致电池包真实SOC误差大。随着时代的发展,用户对SOC精度的要求也越来越高,这也是纯电动力应用领域必须解决的主要问题之一。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求,提出了一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法和装置,本发明的技术方案如下:
第一方面,本申请提供了一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,包括如下步骤:
获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,计算出单体电池SOC的最小值和最大值;
设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且最小阈值小于最大阈值;
在充电状态时,当单体电池SOC的最大值大于等于最大阈值,则将单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC;
在放电状态时,当单体电池SOC的最小值小于等于最小阈值,则将单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC;
当单体电池SOC的最大值小于最大阈值且单体电池SOC的最小值大于最小阈值,则根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。
其进一步的技术方案为,根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,包括:
在充电状态时,采用单体电池SOC的最大值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC;
在放电状态时,采用单体电池SOC的最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC。
其进一步的技术方案为,在充电状态时估算电池包的真实SOC的表达式为:
Figure BDA0003720919590000021
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
其进一步的技术方案为,在放电状态时估算电池包的真实SOC的表达式为:
Figure BDA0003720919590000022
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
其进一步的技术方案为,单体电池SOC的最小值记为MinBSoc,MinBSoc=MIN(SOC1,SOC2,…,SOCn);
单体电池SOC的最大值记为MaxBSoc,MaxBSoc=MAX(SOC1,SOC2,…,SOCn);
其中,SOCi表示任一时刻电池包内第i个单体电池的SOC值,0<i≤n,n为电池包内单体电池的个数。
其进一步的技术方案为,方法还包括:
设置电池包SOC的最大阈值为90%,电池包SOC的最小阈值为10%。
第二方面,本申请还提供了一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置,该装置包括:
单体电池计算模块,用于获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,计算出单体电池SOC的最小值和最大值;
阈值设置模块,用于设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且最小阈值小于最大阈值;
第一电池包SOC计算模块,用于在充电状态时,当单体电池SOC的最大值大于等于最大阈值,将单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC;
第二电池包SOC计算模块,用于在放电状态时,当单体电池SOC的最小值小于等于最小阈值,将单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC;
第三电池包SOC计算模块,用于当单体电池SOC的最大值小于最大阈值且单体电池SOC的最小值大于最小阈值,根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。
其进一步的技术方案为,第三电池包SOC计算模块包括电池包充电计算单元,用于在充电状态时,采用单体电池SOC的最大值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000031
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
其进一步的技术方案为,第三电池包SOC计算模块包括电池包放电计算单元,用于在放电状态时,采用单体电池SOC的最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000032
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
第三方面,本申请还提供了一种电动车,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的方法的步骤。
本发明的有益技术效果是:
本申请提供的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,区分充放电状态,分别使用单体电池SOC的最大值和最小值作为权重的计算参数,在充放电末端时刻,即使在单体电池SOC差值较大的情况下,满充或放空时电池包真实SOC依然可以达到100%或0%,同时,在整个充放电过程中,计算得到的电池包真实SOC为随时间变化的连续、平滑的曲线,相比于直接采用单体电池SOC的平均值、最大值或最小值当作电池包的真实SOC,基于动态加权平均法估算的SOC曲线未出现跳变等现象,减小了使用单体电池SOC估算电池包真实SOC的误差,结合对充放电末端时刻的特殊处理,提升了估算SOC的精度,延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1是本申请提供的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法流程图。
图2是直接采用单体电池SOC的平均值、最大值或最小值当作电池包真实SOC的变化示意图。
图3是充电状态下采用单体电池SOC的平均值作为权重的计算参数得到的电池包真实SOC的变化示意图。
图4是放电状态下采用单体电池SOC的平均值作为权重的计算参数得到的电池包真实SOC的变化示意图。
图5是充电状态下采用动态加权平均法估算电池包SOC的变化示意图。
图6是放电状态下采用动态加权平均法估算电池包SOC的变化示意图。
图7是本申请提供的基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置示意图。
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。
如图1所示,一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,包括如下步骤:
步骤1:获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,计算出单体电池SOC的最小值和最大值。
可选的,BMS会对电池包内这些单体电池进行SOC值估算,然后通过这些单体电池SOC来评价整个电池包的SOC。
其中,单体电池SOC的最小值记为MinBSoc,MinBSoc=MIN(SOC1,SOC2,…,SOCn);
单体电池SOC的最大值记为MaxBSoc,MaxBSoc=MAX(SOC1,SOC2,…,SOCn);
其中,SOCi表示任一时刻电池包内第i个单体电池的SOC值,0<i≤n,n为电池包内单体电池的个数。
步骤2:设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且最小阈值小于最大阈值。
可选的,本例中设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值为定值,均为可配置值,根据实际情况具体设置。比如,最大阈值设为90%,最小阈值设为10%。
步骤3:在充电状态时,当单体电池SOC的最大值大于等于最大阈值,则将单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC。
步骤4:在放电状态时,当单体电池SOC的最小值小于等于最小阈值,则将单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC。
步骤5:当单体电池SOC的最大值小于最大阈值且单体电池SOC的最小值大于最小阈值,则根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。具体的:
在充电状态时,采用单体电池SOC的最大值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000051
在放电状态时,采用单体电池SOC的最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000052
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
若直接采用单体电池SOC的平均值、最大值或最小值当作电池包的真实SOC,则SOC随时间变化的示意图如图2所示,可以看出误差较大,尤其是在充放电末端时刻(画圈处)。当电池充满时,如果用单体电池SOC的平均值或最小值作为电池包的真实SOC,则电池包真实SOC不等于100%。当电池放空时,如果使用单体电池SOC的最大值或平均值作为电池包真实SOC,则电池包真实SOC不等于0%。
若使用单体电池SOC的平均值AvgBSoc作为权重的计算参数,在充电状态某一时刻下,MaxBSoc设置为20%,MinBSoc设置为0%,AvgBSoc设置为5%,DownEndSoc设置为10%,UpEndSoc设置为90%,单体电池之间的SOC差值较大,则计算得到的SOC随时间变化的示意图如图3所示;在放电状态某一时刻下,MaxBSoc设置为100%,MinBSoc设置为80%,AvgBSoc设置为95%,DownEndSoc设置为10%,UpEndSoc设置为90%,单体电池之间的SOC差值较大,则计算得到的SOC随时间变化的示意图如图4所示。可以看出,当单体电池之间的SOC差值较大时,在充电状态下,单体电池SOC的平均值还未大于UpEndSoc时,单体电池SOC的最大值已经接近甚至达到100%(画圈处)。此时,充电器会因单体电池的电压过高而停止充电,但电池包真实SOC还未等于100%;在放电状态下,单体电池SOC的平均值还未小于DownEndSoc时,单体电池SOC的最小值已经接近甚至达到0%(画圈处)。此时,控制器会因单体电池的电压过低而停止放电,但电池包真实SOC还未等于0%,因此不能满足产品需求。
若采用单体电池SOC的最大值或最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,充放电状态下的工况与使用平均值作为权重的计算参数的工况相同,则计算得到的SOC随时间变化的示意图如图5、图6所示。也即采用本申请提供的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,区分充放电状态,分别使用单体电池SOC的最大值和最小值作为权重的计算参数,在充放电末端时刻,即使在单体电池SOC差值较大的情况下,满充或放空时电池包真实SOC依然可以达到100%或0%,同时,在整个充放电过程中,计算得到的电池包真实SOC为随时间变化的连续、平滑的曲线,相比于直接采用单体电池SOC的平均值、最大值或最小值当作电池包的真实SOC,基于动态加权平均法估算的SOC曲线未出现跳变等现象,减小了使用单体电池SOC估算电池包真实SOC的误差,结合对充放电末端时刻的特殊处理,提升了估算SOC的精度,延长了电池的使用寿命。
基于同样的发明构思,本申请还提供了一种用于实现上述所涉及的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法的估算电池包SOC的装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于估算电池包SOC的方法的限定,在此不再赘述。
如图7所示,一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置,包括单体电池计算模块、阈值设置模块、第一电池包SOC计算模块、第二电池包SOC计算模块和第三电池包SOC计算模块,其中:
单体电池计算模块,用于获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,记为SOCi,计算出单体电池SOC的最小值和最大值。其中,0<i≤n,n为电池包内单体电池的个数。
阈值设置模块,用于设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且最小阈值小于最大阈值。可选的,最大阈值设为90%,最小阈值设为10%。
第一电池包SOC计算模块,用于在充电状态时,当单体电池SOC的最大值大于等于最大阈值,将单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC。
第二电池包SOC计算模块,用于在放电状态时,当单体电池SOC的最小值小于等于最小阈值,将单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC。
第三电池包SOC计算模块,用于当单体电池SOC的最大值小于最大阈值且单体电池SOC的最小值大于最小阈值,根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。具体的:
第三电池包SOC计算模块包括电池包充电计算单元,用于在充电状态时,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000071
第三电池包SOC计算模块还包括电池包放电计算单元,用于在放电状态时,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure BDA0003720919590000072
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
需要说明的是,上述识别装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请还提供了一种电动车,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤,在此不再赘述。
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 (10)

1.一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,所述方法包括:
获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,计算出单体电池SOC的最小值和最大值;
设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且所述最小阈值小于所述最大阈值;
在充电状态时,当所述单体电池SOC的最大值大于等于所述最大阈值,则将所述单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC;
在放电状态时,当所述单体电池SOC的最小值小于等于所述最小阈值,则将所述单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC;
当所述单体电池SOC的最大值小于所述最大阈值且所述单体电池SOC的最小值大于所述最小阈值,则根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,所述真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。
2.根据权利要求1所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,所述根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,包括:
在充电状态时,采用单体电池SOC的最大值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC;
在放电状态时,采用单体电池SOC的最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC。
3.根据权利要求2所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,在充电状态时估算电池包的真实SOC的表达式为:
Figure FDA0003720919580000011
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
4.根据权利要求2所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,在放电状态时估算电池包的真实SOC的表达式为:
Figure FDA0003720919580000021
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
5.根据权利要求1所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,所述单体电池SOC的最小值记为MinBSoc,MinBSoc=MIN(SOC1,SOC2,…,SOCn);
所述单体电池SOC的最大值记为MaxBSoc,MaxBSoc=MAX(SOC1,SOC2,…,SOCn);
其中,SOCi表示任一时刻电池包内第i个单体电池的SOC值,0<i≤n,n为电池包内单体电池的个数。
6.根据权利要求1所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的方法,其特征在于,所述方法还包括:
设置电池包SOC的最大阈值为90%,电池包SOC的最小阈值为10%。
7.一种基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置,其特征在于,所述装置包括:
单体电池计算模块,用于获取任一时刻电池包内所有单体电池的SOC值,计算出单体电池SOC的最小值和最大值;
阈值设置模块,用于设置电池包SOC的最大阈值和最小阈值,且所述最小阈值小于所述最大阈值;
第一电池包SOC计算模块,用于在充电状态时,当所述单体电池SOC的最大值大于等于所述最大阈值,将所述单体电池SOC的最大值作为电池包的真实SOC;
第二电池包SOC计算模块,用于在放电状态时,当所述单体电池SOC的最小值小于等于所述最小阈值,将所述单体电池SOC的最小值作为电池包的真实SOC;
第三电池包SOC计算模块,用于当所述单体电池SOC的最大值小于所述最大阈值且所述单体电池SOC的最小值大于所述最小阈值,根据电池包所处状态,采用动态加权平均法估算电池包的真实SOC,所述真实SOC随时间变化为一条连续的曲线。
8.根据权利要求7所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置,其特征在于,所述第三电池包SOC计算模块包括电池包充电计算单元,用于在充电状态时,采用单体电池SOC的最大值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure FDA0003720919580000031
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
9.根据权利要求7所述的基于动态加权平均法估算电池包SOC的装置,其特征在于,所述第三电池包SOC计算模块包括电池包放电计算单元,用于在放电状态时,采用单体电池SOC的最小值作为动态加权平均法中权重的计算参数,估算电池包的真实SOC,表达式为:
Figure FDA0003720919580000032
其中,PackRealSoc表示电池包的真实SOC,MaxBSoc表示单体电池SOC的最大值,MinBSoc表示单体电池SOC的最小值,DownEndSoc表示电池包SOC的最小阈值,UpEndSoc表示电池包SOC的最大阈值。
10.一种电动车,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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