CN116068410B

CN116068410B - 一种基于用户设定工作条件的soc估算方法及存储介质

Info

Publication number: CN116068410B
Application number: CN202310212645.0A
Authority: CN
Inventors: 罗明杰; 周平; 熊海峰
Original assignee: Shanghai Taisi Microelectronics Co ltd
Current assignee: Shanghai Taisi Microelectronics Co ltd
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2043-03-08
Also published as: CN116068410A

Abstract

本发明公开了一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法和存储介质，其中方法包括：步骤S1:标定初始参数，步骤S2:配置工作参数，步骤S3:计算充电截止点的真实SOC，步骤S4:计算放电截止点的真实SOC，步骤S5：根据真实SOC计算工作SOC。本发明当电池在实验室标定参数条件和实际使用条件不一致时，能够准确的获取真实SOC的方法，不仅进行放电预留电量和进行了充电预留电量，且在计算截止点对应的SOC时，本发明在迭代放电截止点时使用从0%‑100%的循环过程，在迭代充电截止点时使用从100%‑0%的循环过程，大大减少了重复迭代运算过程。

Description

一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法及存储介质

技术领域

本发明涉及一种SOC技术领域，具体为一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法及存储介质。

背景技术

电池的应用类型中具有可重复利用电池，可用于电子产品、电动汽车和光伏风电储能等领域。电池的SOC状态估算一直是电池运用的重要性能指标，其准确性是保障产品体验的关键因素，在产品开发过程中对于电池的使用需要兼顾续航和安全，往往在实际使用过程中会保留一定余量使用，并且不同温度、不同负载工况下的电池实际使用效率都有差异，使得在实验室标定的电池参数和真实使用参数有着一定的差异，最终造成电池的SOC状态估算不准，更有甚者影响产品安全和用户体验。

在进行SOC设计开发过程中，以电芯的使用条件进行电池的参数标定，比如对于某款软包电池，充满条件是先以0.2C电流充电到4.45V然后以恒压充电直到电流小于0.05C。放电截止条件是在负载0.05C状态下电压小于等于3V，需要在实验室标定充满和放空之间的电池模型（电化学模型、等效电路模型或者神经网络模型）参数用于估算电池状态。在电池的充电和电池容量的描述中，通常使用术语充电状态（SOC）、放电深度（DOD）、开路电压（OCV），SOC表示与其完全充电状态相比存储在电池中的相对量的能量，DOD表示与其完全充电状态相比已经使用了多少电池能量，OCV表示电池不放电时,电池两极之间的电位差。

目前无法实现根据客户对电池的使用习惯得到真正有用的电池参数，进行SOC的估算；参考图1，Ti公司设计的阻抗跟踪算法：

在终止DOD仿真过程中，电压仿真的思路是以当前DOD（DODpresent）为起点，按既定步进 dDOD （比如 4%）逐步叠加 DOD[i] = DODstart + dDOD×i，其中DODstart为起始DOD，仿真计算 DOD[i]在既定负载I下的电池电压 V(DOD[i],T) = OCV(DOD[i],T) + I×R(DOD[i],T)，并且与参数截止点电压（TerminateVoltage）比较，直到 V(DOD[i],T) <TerminateVoltage 则停止 DOD[i]迭代，即认为此 DOD[i]对应 RSOC=0%，以此 DOD[i]为终止DOD（DODfinal）；该算法是通过电压仿真得到终止DOD，比如仿真电流I为1A,不同温度和不同DOD下有参数表OCV和阻抗R。

但是，这种算法存在一定的缺陷：（1）只考虑放电预留电量，没有考虑充满预留电量；（2）仿真从当前DOD（DODpresent）开始，但是终止DOD（DODfinal）往往发生在97%附近，所以进行了重复迭代运算；（3）当前主流SOC估算中，安时积分类估算是一种给较为常规手段，对于非安时积分形式估算的SOC ，该方法无法准确获得真实的SOC。

现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法，具体步骤包括:

步骤S1:标定初始参数：

Qmax(T)：电池不同温度T的最大可用容量；

OCV(T,SOC)：电池不同温度T不同SOC下的开路电压；

R0(T,SOC): 电池不同温度T不同SOC下的欧姆电阻；

R1(T,SOC)：电池不同温度T不同SOC下的极化电阻；

C1(T,SOC)：电池不同温度T不同SOC下的极化电容。

步骤S2:配置工作参数：充满电压VoltCh、充满电流CurCh、放光电压VoltDis和放光电流CurDis；

步骤S3:计算充电截止点的真实SOC；

从SOC电池参数的电量为100%开始，按照既定步进量D逐步递减，以充满电流CurCh仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)，电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurCh×[R0(T,SOC)+R1(T,SOC)]，电池电压VoltSim(T,SOC)实时与充满电压VoltCh比较，直到VoltSim(T,SOC)< VoltCh则停止仿真迭代。

步骤S4:计算放电截止点的真实SOC；

从SOC电池参数的电量为0%开始，按照既定步进量D逐步递增，以放光电流CurDis仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)，电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurDis×(R0(T,SOC)+R1(T,SOC)), 电池电压VoltSim实时与放光电压VoltDis比较，直到VoltSim(T,SOC)> VoltDis则停止仿真迭代。

步骤S5：根据真实SOC计算工作SOC；

电池按照使用条件放出的电量称为真实SOC，用SOCTrue表示，将按照实验室标定条件下配置后电池放出的电量称为工作SOC，用SOCWork表示；对于真实SOCTrue，其SOC估算方案可以是安时积分法、卡尔曼滤波算法、神经网络算法等，通过真实SOC对工作SOC作估算，其估算公式为：

在一种可能的实现方式中，所述放光电流CurDis配置为本次放电周期的平均电流；或，所述放光电流CurDis配置为上一次放电周期的平均电流；或，所述放光电流CurDis配置为历史放电周期最大的平均电流。

在一种可能的实现方式中，在计算充电截止点的真实SOC步骤S3中，所述电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurCh×[R0(T,SOC)+R1(T,SOC)]。

在一种可能的实现方式中，在计算放电截止点的真实SOC步骤S4中，所述电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurDis×(R0(T,SOC)+R1(T,SOC))。

有益效果：

（1）本发明当电池在实验室标定参数条件和实际使用条件不一致时，能够准确的获取真实SOC的方法，不仅进行放电预留电量和进行了充电预留电量，且在计算截止点对应的SOC时，本发明在迭代放电截止点时使用从0%-100%的循环过程，在迭代充电截止点时使用从100%-0%的循环过程，大大减少了重复迭代运算过程。

（2）相比背景技术中的算法：在截止点使用过程中，将估算的终止DOD（DODfinal）结合最大可用容量，使用安时积分算法给出工作下的SOC，本发明利用真实SOC和工作SOC的关系，在不改变以往SOC计算结果的基础上，较好了实现了可配置功能，大大提升了SOC的灵活性和实用性。

附图说明

图1为现有技术阻抗跟踪算法（终止DOD仿真过程）的流程图。

图2为本发明计算充电截止点的真实SOC的流程图。

图3为本发明计算放电截止点的真实SOC的流程图。

图4为本发明工作SOC与电压Volt在SOCWork0-SOCWork100之间的关系图。

图5为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图5，本发明提供如下技术方案一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法，具体步骤包括:

步骤S1:标定初始参数：

Qmax(T)：电池不同温度的最大可用容量；

OCV(T,SOC)：电池不同温度不同SOC下的开路电压；

R0(T,SOC)：电池不同温度不同SOC下的欧姆电阻；

R1(T,SOC)：电池不同温度不同SOC下的极化电阻；

C1(T,SOC)：电池不同温度不同SOC下的极化电容。

在本实施例中，SOC设计在开发过程中，针对不同的客户使用群体，在考虑续航和安全的基础上，对于电池的上限电压和下限电压都会留有余量，所以按照电池的使用条件，尽可能充满电量或者放光电量；比如：某款电池的使用条件是充满电压为4.45V，放光电压为3V，本发明在实验室标定的充满条件为充满电压为4.45V，充满电流为0.05C，放光电压为3V，放光电流为0.05C；可以得到不同温度不同SOC下的Qmax(T)、OCV(T,SOC)、R0(T,SOC)、R1(T,SOC)和C1(T,SOC)；

步骤S2:配置工作参数：

充满电压：VoltCh (在本实施例中采用4.4V)；

充满电流：CurCh(在本实施例中采用0.25A)；

放光电压：VoltDis(在本实施例中采用3.4V)；

放光电流：CurDis（在本实施例中采用0.8A）；

其中，在本实施例中，对于放光电流可以配置不同模式，比如放光电流为本次放电周期的平均电流，也可为上一次放电周期的平均电流，甚至历史放电周期最大的平均电流等。该值的确定也可以由客户指定，比如已知低电量的SOP为0.1C,该值也可以作为预设放光电流。

步骤S3:计算充电截止点的真实SOC；

参考图2，图2为计算充电截止点的真实SOC的流程图，在本实施例中，从SOC电池参数的电量为100%开始，按照既定步进量D（比如1%）逐步递减，以充满电流CurCh仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)，电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurCh×[R0(T,SOC)+R1(T,SOC)]，电池电压VoltSim(T,SOC)实时与充满电压VoltCh比较，直到VoltSim(T,SOC)<VoltCh则停止仿真迭代，即认为SOCWork100处为真实SOC工作在电池参数的电量为100%处的值。

步骤S4:计算放电截止点的真实SOC；

参考图3，图3为计算放电截止点的真实SOC的流程图，在本实施例中，从SOC电池参数的电量为0%开始，按照既定步进量D（比如1%）逐步递增，以放光电流CurDis仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)，电池电压VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+ CurDis×(R0(T,SOC)+R1(T,SOC)), VoltSim实时与VoltDis比较，直到VoltSim(T,SOC)> VoltDis则停止仿真迭代，即认为SOCWork0处为真实SOC工作在电池参数的电量为0%处的值。

步骤S5：根据真实SOC计算工作SOC；

参考图4，图4为工作SOC与电压Volt在SOCWork0-SOCWork100之间的关系图，在本实施例中，电池按照使用条件放出的电量称为真实SOC：SOCTrue，将按照实验室标定条件下配置后电池放出的电量称为工作SOC：SOCWork；对于真实SOCTrue，其SOC估算方案可以是安时积分法、卡尔曼滤波算法、神经网络算法等，通过真实SOC对工作SOC作估算，其估算公式为：

在实施例中，根据上述公式，计算如下表格中的数据，可知：在SOCWork0为0％，SOCWork100为100％时，SOCWork与SOCTrue是相同的；在SOCWork0为3％，SOCWork100为97％时，虽然SOCWork为100％，但是SOCTrue为97％，也就是说：将按照实验室标定条件下配置后电池放出的电量为100％时，电池按照使用条件放出的真实电量为97％；且在SOCWork0为3％，SOCWork100为97％时，虽然SOCWork为0％，但是SOCTrue为3％，也就是说：将按照实验室标定条件下配置后电池电量放光时，电池按照使用条件电量还有3％未能释放。

本发明根据客户对电池的使用习惯得到真正有用的电池参数，进行SOC的估算，实现了电池参数的扩散使用，大大减少了重复标定参数的工作量，面向客户电池使用条件不同进行相应的配置而得到高精度的SOC，提高了使用灵活性和使用普遍性；通过截止点的仿真计算得到由于工作条件造成的SOC在真实SOC上的偏移或者缩放；根据真实SOC计算的工作SOC，解决了不同负载工作下相同截止电压容量和参数变化的问题。

在实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行前述的SOC估算方法。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于用户设定工作条件的SOC估算方法，其特征在于，所述方法包括步骤:

步骤S1:标定初始参数Qmax(T)、OCV(T,SOC)、R0(T,SOC)、R1(T,SOC)和C1(T,SOC)；其中，Qmax(T)为电池不同温度的最大可用容量；OCV(T,SOC)为电池不同温度不同SOC下的开路电压；R0(T,SOC)为电池不同温度不同SOC下的欧姆电阻；R1(T,SOC)为电池不同温度不同SOC下的极化电阻；C1(T,SOC)为电池不同温度不同SOC下的极化电容；

步骤S2:配置工作参数充满电压VoltCh、充满电流CurCh、放光电压VoltDis、放光电流CurDis；

步骤S3:计算充电截止点的真实SOC；

所述计算充电截止点的真实SOC时，从SOC电池参数的电量为100%开始，按照既定步进量D逐步递减，以所述充满电流CurCh仿真计算得出电池电压VoltSim(T,SOC)；

所述计算充电截止点的真实SOC时，将所述电池电压VoltSim(T,SOC)实时与所述充满电压VoltCh比较，直到VoltSim(T,SOC)< VoltCh则停止仿真迭代，则SOCWork100处为真实SOC工作在电池参数的电量为100%处的值；

步骤S4:计算放电截止点的真实SOC；

所述计算放电截止点的真实SOC时，从SOC电池参数的电量为0%开始，按照既定步进量D逐步递增，以所述放光电流CurDis仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)；

所述计算放电截止点的真实SOC时，将所述电池电压VoltSim(T,SOC)实时与所述放光电压VoltDis比较，直到VoltSim(T,SOC)> VoltDis时停止仿真迭代，则SOCWork0处为真实SOC工作在电池参数的电量为0%处的值；

步骤S5：根据真实SOC计算工作SOC；

步骤S5具体包括：通过真实SOC对工作SOC作估算，所述估算的公式为：

；

其中，电池按照使用条件放出的电量称为真实SOC：SOCTrue，将按照实验室标定条件下配置后电池放出的电量称为工作SOC：SOCWork；其中，SOCWork0为真实SOC工作在电池参数的电量为0%处的值；SOCWork100为真实SOC工作在电池参数的电量为100%处的值。

2.根据权利要求1所述的基于用户设定工作条件的SOC估算方法，其特征在于：

所述放光电流CurDis配置为本次放电周期的平均电流；或，

所述放光电流CurDis配置为上一次放电周期的平均电流；或，

所述放光电流CurDis配置为历史放电周期最大的平均电流。

3.根据权利要求1所述的基于用户设定工作条件的SOC估算方法，其特征在于：所述以充满电流CurCh仿真计算得出电池电压VoltSim(T,SOC)时， VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+CurCh×[R0(T,SOC)+R1(T,SOC)]。

4.根据权利要求1所述的基于用户设定工作条件的SOC估算方法，其特征在于：所述以放光电流CurDis仿真计算电池电压VoltSim(T,SOC)时， VoltSim(T,SOC)=OCV(T,SOC)+CurDis×(R0(T,SOC)+R1(T,SOC))。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至4中任意一项所述的方法。