CN116087793A - 一种基于短时间静置的电压变化趋势校准soc的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车电池管理领域，针对SOC校准问题，提供了一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，步骤：根据OCV‑SOC曲线得到静置时间‑容量衰减系数关系表；在当前电流小于静置电流时选定静置时间t1、t2，通过查表得到t1、t2时刻下容量衰减系数f1、f2，并获取t1、t2时刻下单体电压Ua、Ub；根据容量衰减系数f1、f2和电池单体电压Ua、Ub计算电池开路电压UOC，再查找OCV‑SOC表得到开路电压荷电状态SOCOCV；根据校准比例以及SOCOCV，对当前荷电状态SOC进行校准。本发明可缩短OCV静置时间，提高OCV校准的概率，通过短暂的静置便可以实现长时间静置的效果。

Description

一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池管理系统技术领域，具体涉及一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法。
背景技术
电池管理系统（Battery Management System，BMS）作为电动汽车的核心部件之一，一直是电动汽车研发的重点，SOC是BMS最关键的参数，在车辆运行过程中，锂电池进行复杂的化学反应，SOC等关系参数无法直接获取，只能通过BMS采集电池电压和温度，通过估计算法来进行间接估计。当前主流的计算方法是安时积分算法和OCV修正算法。
安时积分算法是通过对电流和时间乘积做积分除以电池容量得到SOC，但是安时积分算法中当电流采集存在系统误差或者计算的算法存在误差时候，SOC计算的误差会不断累计，最终导致系统的误差越来越大。
OCV修正算法是在电池长时间无电流静置的工况下，采集电池的电压可以得到电池的OCV，因为电池的静置之后的OCV与电池的SOC是对应的，所以可以通过OCV与SOC的对应关系计算出电池的SOC。OCV修正算法也有明显的缺陷，电池充放电后的动态电压与静态的OCV相差较大，如果要获取到OCV，必须静置到电压稳定的状态，一般需要1~4个小时，在商用电动汽车和储能系统长时间静置的工况是相对较少的，并且由于电池的特性在一些区间不适合OCV修正，导致OCV校准的概率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其通过记录静置时的电压变化趋势，通过回弹曲线的特性来预测静置的OCV，通过预测得到的静置OCV修正SOC，从而缩短OCV静置的时间，提高OCV校准的概率，通过短暂的静置便可以实现长时间静置的效果。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，步骤包括：
S1、根据电池测试OCV-SOC曲线得到静置时间-容量衰减系数对应关系表；
S2、确定电池在当前温度下的静置电流，并在电池的当前电流小于静置电流时，选定静置时间t1、t2，通过查静置时间-容量衰减系数对应关系表得到t1、t2时刻下的容量衰减系数f1、f2，并获取t1、t2时刻下的电池单体电压Ua、Ub，其中，t1＜T≤t2，T为预设静置时间；
S3、根据容量衰减系数f1、f2和电池单体电压Ua、Ub计算电池开路电压UOC，再根据电池开路电压UOC查找OCV-SOC表得到开路电压荷电状态SOCOCV；
S4、根据不同静置时间下的校准比例以及开路电压荷电状态SOCOCV，对当前荷电状态SOC进行校准，得到校准后荷电状态ΔSOC。
进一步改进在于，步骤S2中，确定电池在当前温度下的静置电流的具体方式为：先通过电池管理系统采集电池的温度、电流和每个电池单体的电压，根据电池在不同温度下静置电流对电压的影响，查找温度-静置电流对应关系表，确定当前温度下的静置电流。
进一步改进在于，步骤S2中，所述t1=1s，T=30s。
进一步改进在于，步骤S3中，计算电池开路电压UOC的公式为：
    （1）；
    （2）；
    （3）；
式中，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。
进一步改进在于，公式（1）的推导过程为：
基于电池的一阶等效电路得到电池两端电压U(t)随电流I的变化趋势公式：
    （1-1）；
在静置开始之后电流从I变为0A，代入公式（1-1）得到：
    （1-2）；
假设无电流瞬间的电池初始电压为U（0），从无电流到t1时刻的电池电压为Ua，且：
   （1-3）；
从无电流到t2时刻的电池电压为Ub，且：
     （1-4）；
用Ua-Ub可得：
    （1-5）；
将公式（1-5）代入公式（1-2）得：
    （1-6）；
在t2时刻，电压为Ub时，按照公式（1-4）可得：
    （1-7）；
式中，I为电流，U(0)为电池初始电压，R0为电池的内阻，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。
进一步改进在于，步骤S4中，所述校准比例，其中ft为容量衰减系数，且通过查找静置时间-容量衰减系数对应关系表得到。
进一步改进在于，步骤S4中，对当前荷电状态SOC进行校准的公式为：
    （4）。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过BMS检测当前的电流、温度和单体电压变化趋势，预测出单体电压的静态OCV，该方法简单所需数据较少，实现简单，方便在各种项目上实现。
（2）本算法静置时间只需要30秒以上，可在停车或怠速工况下修正SOC，提高通过OCV静置修正SOC概率，可以有效避免运营车辆浅充浅放下安时积分误差大的问题。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为一阶等效电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，步骤包括：
S1、根据电池静置后的回弹数据测试得到t与的对应关系，并将得到的关系曲线按照测试OCV-SOC的方法获取静置之后回弹曲线，并根据回弹曲线制作得到静置时间-容量衰减系数对应关系表如下（表1）：
表1：静置时间-容量衰减系数对应关系表
;
参照表1可以看出，容量衰减系数随着静置时间的增加而降低。
S2、先通过电池管理系统采集电池的温度、电流和每个电池单体的电压，根据电池在不同温度下静置电流对电压的影响，查找温度-静置电流对应关系表，确定当前温度下的静置电流，温度-静置电流对应关系表如下（表2）：
表2：温度-静置电流对应关系表
;
在电池当前电流小于静置电流时（当车进行停车等红绿灯或车辆电机处于怠速状态时，会存在电流小于静置电流静置工况），选定静置时间t1、t2，其中，t1＜T≤t2，T为预设静置时间，此处t1=1s，T=30s，t2为当前静置时间，通过查静置时间-容量衰减系数对应关系表得到t1、t2时刻下的容量衰减系数f1、f2，并获取t1、t2时刻下的电池单体电压Ua、Ub。
S3、根据容量衰减系数f1、f2和电池单体电压Ua、Ub计算电池开路电压UOC，计算电池开路电压UOC的公式为：
    （1）；
    （2）；
    （3）；
式中，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。
其中，公式（1）的推导过程及原理为：
电池电压回弹变化可以分为两部分，第一部分为电池欧姆内阻产生电池电压变化，第二部分为电池因为电池浓度扩散因为电池极化而产生的电池电压变化。电池电压变化的特性可以通过电池简化模型的等效电路来模拟，通过等效电路模型可以相对准确的描述出电池电压变化特性曲线。
因此，基于电池的一阶等效电路（如图2所示）可以得到电池两端电压U(t)随电流I的变化趋势公式：
  （1-1）；
在静置开始之后电流从I变为0A，代入公式（1-1）得到：
    （1-2）；
假设无电流瞬间的电池初始电压为U（0），从无电流到t1时刻的电池电压为Ua，且：
   （1-3）；
从无电流到t2时刻的电池电压为Ub，且：
     （1-4）；
用Ua-Ub可得：
    （1-5）；
将公式（1-5）代入公式（1-2）得：
    （1-6）；
在t2时刻，电压为Ub时，按照公式（1-4）可得：
    （1-7）；
式中，I为电流，U(0)为电池初始电压，R0为电池的内阻，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。从以上公式可以看出，只需获取到t与的关系，便可以不用考虑放电静置前的电流，直接使用t1时刻电压Ua和t2时刻电压Ub来预测Uoc。
在得到电池开路电压UOC后，可根据电池开路电压UOC查找OCV-SOC表得到开路电压荷电状态SOCOCV；
S4、在电流小于静置电流并且持续超过30秒后，进行SOC校准。在计算过程中，由于电池管理系统的电压采集模块有精度限制，可能存在一定的采集偏差，越小，的估计误差越大；越大，的估计误差越小。基于以上原理，根据不同静置时间下的校准比例以及开路电压荷电状态SOCOCV，对当前荷电状态SOC进行校准，得到校准后荷电状态ΔSOC。
其中，所述校准比例，其中ft为容量衰减系数，且通过查找静置时间-容量衰减系数对应关系表得到。具体的，校准比例fwgt与静置时间t的对应关系如下表（表3）：
表3：校准比例fwgt与静置时间t的对应关系表
；
对当前荷电状态SOC进行校准的公式为：
 （4）。
本算法静置时间只需要30秒以上，可在停车或怠速工况下修正SOC，提高通过OCV静置修正SOC概率，可以有效避免运营车辆浅充浅放下安时积分误差大的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其特征在于，步骤包括：
S1、根据电池测试OCV-SOC曲线得到静置时间-容量衰减系数对应关系表；
S2、确定电池在当前温度下的静置电流，并在电池的当前电流小于静置电流时，选定静置时间t1、t2，通过查静置时间-容量衰减系数对应关系表得到t1、t2时刻下的容量衰减系数f1、f2，并获取t1、t2时刻下的电池单体电压Ua、Ub，其中，t1＜T≤t2，T为预设静置时间；
S3、根据容量衰减系数f1、f2和电池单体电压Ua、Ub计算电池开路电压UOC，再根据电池开路电压UOC查找OCV-SOC表得到开路电压荷电状态SOCOCV；
S4、根据不同静置时间下的校准比例以及开路电压荷电状态SOCOCV，对当前荷电状态SOC进行校准，得到校准后荷电状态ΔSOC。
2.根据权利要求1所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其特征在于，步骤S2中，确定电池在当前温度下的静置电流的具体方式为：先通过电池管理系统采集电池的温度、电流和每个电池单体的电压，根据电池在不同温度下静置电流对电压的影响，查找温度-静置电流对应关系表，确定当前温度下的静置电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其特征在于，步骤S2中，所述t1=1s，T=30s。
4.根据权利要求1所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其特征在于，步骤S3中，计算电池开路电压UOC的公式为：
（1）；
     （2）；
     （3）；
式中，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。
5.根据权利要求4所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，其特征在于，公式（1）的推导过程为：
基于电池的一阶等效电路得到电池两端电压U(t)随电流I的变化趋势公式：
     （1-1）；
在静置开始之后电流从I变为0A，代入公式（1-1）得到：
 （1-2）；
假设无电流瞬间的电池初始电压为U（0），从无电流到t1时刻的电池电压为Ua，且：
   （1-3）；
从无电流到t2时刻的电池电压为Ub，且：
      （1-4）；
用Ua-Ub可得：
     （1-5）；
将公式（1-5）代入公式（1-2）得：
     （1-6）；
在t2时刻，电压为Ub时，按照公式（1-4）可得：
     （1-7）；
式中，I为电流，U(0)为电池初始电压，R0为电池的内阻，R1为电池的极化内阻，C1为电池的极化电容，t1、t2为静置时间。
6.根据权利要求1所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，步骤S4中，所述校准比例，其中为ft容量衰减系数，且通过查找静置时间-容量衰减系数对应关系表得到。
7.根据权利要求6所述的一种基于短时间静置的电压变化趋势校准SOC的方法，步骤S4中，对当前荷电状态SOC进行校准的公式为：
     （4）。
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