CN116754963A - 锂电池soc显示值的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池SOC显示值的计算方法，包括以下步骤：获取锂电池当前时刻的SOC真实值；获取锂电池上一时刻的SOC显示值；获取锂电池的充放电状态；根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值确定锂电池SOC是否发生跳变，如果未发生跳变，则将锂电池当前时刻的SOC真实值赋值给锂电池当前时刻的SOC显示值；如果发生跳变，则根据跳变的方向与锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值。本发明提出的锂电池SOC显示值的计算方法，计算得到的SOC显示值符合用户的心理预期，改善了用户体验度。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池SOC显示值的计算方法。
背景技术
锂电池具有出色的性能，包括：能量密度高、长寿命、自放电率低、无记忆效应等，因此广泛用作各种家用、工业电子产品中的储能器件，也是新能源汽车主要的动力来源。
与电流、电压等可以直接测量的物理量不同，反应电池的可用剩余电量的荷电状态（State of Charge，简称SOC）不能直接测量。其一般定义为：SOC = 实际剩余电量/电池实际最大可充放电容量×100%，也就是用百分比来显示的电池剩余电量。然而，现有的锂电产品SOC显示通常存在显示非线性和精度不高的两大问题。其中的显示非线性表现为电池的实际剩余使用时间与显示剩余电量（即SOC）存在非线性关系，通俗讲为电量跳变，表现为在正常使用过程中，电池的显示电量突然增加/减少很多，比如电量从70%突然跳到20%，又如低电量自动关机后再插充电器充电时，理论上SOC显示值会持续性越来越大，但经常会出现下一时刻的SOC值比上一时刻的SOC值小；电量跳变不符合用户的心理预期，降低用户体验度。精度不高主要表现在实际电量本身计算不准确。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种锂电池SOC显示值的计算方法，计算得到的SOC显示值符合用户的心理预期，改善了用户体验度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种锂电池SOC显示值的计算方法，包括以下步骤：
S1：获取锂电池当前时刻的SOC真实值；
S2：获取锂电池上一时刻的SOC显示值；
S3：获取锂电池的充放电状态；
S4：根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值确定锂电池SOC是否发生跳变，如果未发生跳变，则将锂电池当前时刻的SOC真实值赋值给锂电池当前时刻的SOC显示值；如果发生跳变，则根据跳变的方向与锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值。
优选地，步骤S4具体包括：
S41：判断∣SOC1(T)-SOC2(T-1)∣是否大于第一阈值，如果是，则执行步骤S42，如果否，则SOC2(T) = SOC1(T)，其中，SOC1(T)为锂电池当前时刻T的SOC真实值，SOC2(T-1)为锂电池上一时刻T-1的SOC显示值，SOC2(T)为锂电池当前时刻T的SOC显示值；
S42：如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC2(T-1)+K1，0＜K1＜SOC1(T)-SOC2(T-1)；
如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，SOC2(T)=SOC2(T-1)-K2，0＜K2＜SOC2(T-1)-SOC1(T)。
优选地，K1=(SOC1(T)-SOC2(T-1))*α1，K2=(SOC2(T-1)-SOC1(T))*α2，α1为第一减速因子，α2为第二减速因子。
优选地，α1的取值范围为0.05~0.2，α2的取值范围为0.05~0.2。
优选地，步骤S1具体包括：
S11：在多个环境温度下分别测量锂电池在多种充放电倍率下的最大荷电容量，得到标定模型；
S12：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度，并根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
S13：根据锂电池当前时刻的最大荷电容量得到安时积分法中的标称容量的替换值；
S14：将所述替换值替代安时积分法中的标称容量，得到改进的安时积分法公式，根据改进的安时积分法公式计算锂电池当前时刻的SOC真实值。
优选地，所述替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量。
优选地，在得到所述替换值之前还包括获取锂电池当前时刻的SOH，所述替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量与锂电池当前时刻的SOH相乘的乘积。
优选地，步骤S1还包括步骤S15：重复步骤S12至S14，以根据各个时刻的锂电池SOC真实值，获得时间-锂电池SOC真实值曲线。
优选地，步骤S12具体包括：
S121：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度；
S122：通过滑动平均法获得锂电池充放电的平均电流，计算锂电池当前时刻的充放电倍率；
S123：判断锂电池当前时刻的充放电倍率与上一时刻的充放电倍率之差是否超过第二阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S124；
S124：判断当前的环境温度与上一时刻的环境温度之差是否超过第三阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S126；
S125：根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
S126：将锂电池上一时刻的最大荷电容量赋值给锂电池当前时刻的最大荷电容量。
优选地，步骤S121中具体为：以第一采样周期采样锂电池当前时刻的电流，以第二采样周期采样当前时刻的环境温度，其中第一采样周期小于第二采样周期。
第二方面，本发明公开了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行第一方面所述的锂电池SOC显示值的计算方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的锂电池SOC显示值的计算方法，根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值确定SOC真实值是否发生跳变，并进一步在发生跳变的情况下，结合跳变的方向与锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值，使得SOC显示值与电池的实际剩余使用时间更接近于线性关系，即SOC显示值持续性（连续）变化，避免电量跳变的问题，从而使得计算得到的SOC显示值符合用户的心理预期，改善了用户体验度。
在进一步的方案中，在发生跳变的情况下，采用平滑方法，消除SOC跳变现象，进一步使得SOC显示值与电池的实际剩余使用时间更接近于线性关系，从而使得SOC显示值更符合用户的心理预期。
在进一步的方案中，通过实时检测锂电池充放电的电流以及环境温度，算出实时电流倍率，再结合温度与倍率，把当前状态下精准的电池最大荷电量找出，再根据该精准的电池最大荷电量确认替换安时积分法中的标称容量的替换值，从而精确计算出适应当前电流与环境温度的SOC真实值，进一步使得SOC显示值的计算更加精确。
附图说明
图1是本发明实施例一提出的锂电池SOC显示值的计算方法；
图2是锂电池SOC显示值的计算具体流程图；
图3a至图3h是各种不同的工况模式下SOC真实值和采用平滑方法获得的SOC显示值的对比；
图4是一个锂电池在时长为4200秒内在不同倍率下进行充放电的工况图；
图5是锂电池在1440秒时由较大倍率放电到较小倍率放电发生跃变的工况图；
图6是锂电池在720秒由较小倍率充电到较大倍率放电的工况图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明中所应用到的缩略语和关键术语的含义说明如下。
SOC：State of Charge，荷电状态，表示锂电池中所存储的电量相对于标称容量的百分比；
BMS：Battery Management System，电池管理系统；
C n ：Nominal Capacity，标称容量，表示锂电池出厂状态下最大可充放电容量；
C(c,t)：在一定充（放）电倍率及温度下的最大荷电容量；
U_cutoff：系统为防止电池过充和过放而设置的保护截止电压，一般分成充电截止电压U_charge_cutoff和放电截止电压U_discharge_cutoff；
SOH：State of Health，电池健康状态，电池最大荷电容量相对于标称容量的比值，通常情况下小于等于1；
SOC跳变：SOC跳变是指BMS系统中反映电池的真实电量的SOC真实值（百分比）发生不连续变化的现象，可以向上跳变（从小数值跳变到大数值），也可以向下跳变（从大数值跳变到小数值）。SOC跳变发生的原因是电池在工作过程中发生工况变化（比如充、放电倍率发生突变）或者环境温度发生较大改变导致电池的充、放电能力增大或减小的变化，反应到SOC真实值上就会产生向上或者向下的突变。而现有技术中SOC显示值往往是与SOC真实值一一对应的，进而使得SOC显示值产生向上或者向下的突变。
发明人通过研究发现，现有技术中锂电产品SOC显示存在显示非线性的原因在于锂电产品多用查找OCV-SOC表（即开路电压与荷电状态的对应关系）来检测荷电状态，但实际的OCV-SOC曲线呈现高度的非线性关系。例如，典型的磷酸铁锂电芯的OCV-SOC曲线大致可划分为三段，除了SOC在10%~95%变化的平台区，首尾两端的曲线与平台区存在明显的转折。而SOC精度不高归因于荷电状态的测量方法。目前，测量锂电池的荷电状态主要有开路电压法、安时积分法、电化学阻抗法、卡尔曼滤波法和人工神经网络法。开路电压法的原理是待电池内部电化学反应稳定后达到均衡，使电池端电压等于开路电压，此过程需要让电池充分静置，通常需要两个小时或者以上，实时应用性低；卡尔曼滤波法需要较强的计算能力和较多的存储空间，人工神经网络法需要大量的训练数据，对于自身计算能力较弱和存储空间有限的中小型的锂电产品，这两种方法可行性不高。相较之下，安时积分法对锂电产品的计算能力和存储空间的要求相对较低，易于实现。
基于发明人对现有锂电产品SOC显示存在显示非线性和精度不高问题的根源的研究，本发明中考虑锂电池实际工作时的充放电倍率以及温度的改变，反映了放电倍率和温度对锂电池放电性能的影响。通过改进现有的安时积分法提高了SOC真实值的计算准确度，并进一步运用平滑方法，根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值以及锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值，使得SOC显示值与电池的实际剩余使用时间更接近于线性关系，从而SOC显示信息符合用户的心理预期，改善了用户体验度。
如图1所示，本发明实施例一提出了一种锂电池SOC显示值的计算方法，包括以下步骤：
S1：获取锂电池当前时刻的SOC真实值；
其中，步骤S1具体包括：
S11：在多个环境温度下分别测量锂电池在多种充放电倍率下的最大荷电容量，得到标定模型；
具体地，将每个环境温度下测量的锂电池在多种充放电倍率下的最大荷电容量分别绘制成连续的充放电倍率-最大荷电容量曲线，其中，标定模型包括多个环境温度下的充放电倍率-最大荷电容量曲线。该多个环境温度例如包括-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，该多种充放电倍率例如包括0.3C，0.6C，0.9C，1.2C，1.5C，1.8C，2.1C，2.4C，2.7C，3.0C，其中C表示标准倍率。
S12：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度，并根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
具体地，步骤S12包括：
S121：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度；
其中，以第一采样周期采样锂电池当前时刻的电流，以第二采样周期采样当前时刻的环境温度，其中第一采样周期小于第二采样周期。
S122：通过滑动平均法获得锂电池充放电的平均电流，计算锂电池当前时刻的充放电倍率；
S123：判断锂电池当前时刻的充放电倍率与上一时刻的充放电倍率之差是否超过第二阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S124；
该第二阈值例如为0.3C。
S124：判断当前的环境温度与上一时刻的环境温度之差是否超过第三阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S126；
该第三阈值例如为10℃。
S125：根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
S126：将锂电池上一时刻的最大荷电容量赋值给锂电池当前时刻的最大荷电容量。
S13：根据锂电池当前时刻的最大荷电容量得到安时积分法中的标称容量的替换值；
在一些实施例中，该替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量；在另一些实施例中，在得到替换值之前还包括获取锂电池当前时刻的SOH，该替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量与锂电池当前时刻的SOH相乘的乘积。
S14：将所述替换值替代安时积分法中的标称容量，得到改进的安时积分法公式，根据改进的安时积分法公式计算锂电池当前时刻的SOC真实值；
S15：重复步骤S12至S14，以根据各个时刻的锂电池SOC真实值，获得时间-锂电池SOC真实值曲线。
S2：获取锂电池上一时刻的SOC显示值；
S3：获取锂电池的充放电状态；
其中，步骤S1、S2、S3的前后顺序不限于从前往后的顺序，可以是同时发生，也可以任意先后执行各个步骤。
S4：根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值以及锂电池的充放电状态计算锂电池当前时刻的SOC显示值：根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值确定锂电池SOC是否发生跳变，如果未发生跳变，则将锂电池当前时刻的SOC真实值赋值给锂电池当前时刻的SOC显示值；如果发生跳变，则根据跳变的方向与锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值。
其中，步骤S4具体包括：
S41：判断∣SOC1(T)-SOC2(T-1)∣是否大于第一阈值，如果是，则执行步骤S42，如果否，则SOC2(T) = SOC1(T)，其中，SOC1(T)为锂电池当前时刻T的SOC真实值，SOC2(T-1)为锂电池上一时刻T-1的SOC显示值，SOC2(T)为锂电池当前时刻T的SOC显示值，其中T为当前时刻，T-1为上一时刻；
S42：根据SOC1(T)和SOC2(T-1)确定当前SOC的跳变方向，如跳变方向与锂电池的充放电状态（该充放电状态是指锂电池当前时刻至下一时刻的充放电状态）相对应（向上跳变与充电状态相对应，向下跳变与放电状态相对应），则SOC2(T)根据锂电池的充放电状态相应增加或减少；如跳变方向与锂电池的充放电状态不对应（向上跳变与放电状态不对应，向下跳变与充电状态不对应），则SOC2(T) = SOC1(T)；具体如下：
如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC2(T-1)+K1，0＜K1＜SOC1(T)-SOC2(T-1)；
如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，SOC2(T)=SOC2(T-1)-K2，0＜K2＜SOC2(T-1)-SOC1(T)。
在进一步的实施例中，K1=(SOC1(T)-SOC2(T-1))*α1，K2=(SOC2(T-1)-SOC1(T))*α2，α1为第一减速因子，α2为第二减速因子。优选地，α1的取值范围为0.05~0.2，α2的取值范围为0.05~0.2。
本发明实施例一提出的锂电池SOC显示值的计算方法中，通过实时检测锂电池充放电的电流以及环境温度，算出实时电流倍率，再结合温度与倍率，把当前状态下精准的电池最大荷电量C(c,t)找出，再乘以当前的电池健康状态SOH（即：C(c,t)×SOH），用此值动态替换安时积分中的C n ，从而精确计算出适应当前电流与环境温度的SOC真实值；再进一步根据该计算得到的SOC真实值确定真实的SOC的数值是否发生跳变，并进一步引入平滑方法，消除SOC跳变现象，使得SOC显示值符合用户的心理预期，改善了用户体验度。
本发明实施例二公开了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行上述实施例一中的锂电池SOC显示值的计算方法中的步骤。
可选地，上述存储介质可以包括但不限于：U 盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
下述结合具体实施例对本发明提出的锂电池SOC显示值的计算方法作进一步的说明。
该具体实施例将锂电池在不同充放电倍率下SOC显示值的计算方法分为两个部分来分析：（1）不同温度、倍率下的最大荷电容量表的标定；（2）SOC显示值的平滑方法。
（1）不同温度、倍率下的最大荷电容量表的标定
先测得锂电池在特定温度下，不同倍率电流下的最大荷电容量。用作储能的锂电池典型的工作环境温度范围为-20℃~50℃，以10℃作为测量间隔，在-20℃，-10℃，0℃，10℃，20℃，30℃，40℃，50℃这八个温度值的条件下，记录电池的充放电曲线。本实施例以锂电池最大放电倍率的十分之一作为判断充放电倍率发生变化的阈值。其中，用作储能器件的锂电池的最大放电倍率规定为3C（3倍标准倍率），本实施例采用0.3C作为判断电池放电倍率发生变化的阈值。即需要采集电池在10种充放电倍率（0.3C，0.6C，0.9C，1.2C，1.5C，1.8C，2.1C，2.4C，2.7C，3.0C）下的充、放电曲线，以及这十种充放电倍率下，电池最大的荷电容量，并且以C(c,t)进行记录。例如，C(0.3,10)即为电池在10℃的环境温度下以0.3倍率下可释放的电量，C(0.6,20)为电池在20℃的环境温度下以0.6倍率下可释放的电量，C(2,-10)为电池在-10℃的环境温度下以2倍率下可释放的电量，以此类推。采集完毕的C(c,t)，可生成一个8×10的二维表Table(c,t)，第一个维度c为充放电倍率，另一个维度t为环境温度。
通过电池管理系统BMS记录电池的循环次数，可以获得当前的SOH的百分比状态。通过二维表Table(c,t)查找出C(c,t)与电池健康状态SOH数值，本实施例即可对现有的安时积分法进行修改：即实时检测电池的电流与环境温度，更新C(c,t)值，与电池健康指数SOH相乘，替换现有的安时积分法的公式中固定的C n 值，即用C(c,t)×SOH替换原来的C n ，从而可以计算出更精确的SOC值。
本实施例中所采用的安时积分法的计算公式可以表示为：式中，/>为当前时刻t的荷电状态，/>为初始荷电状态，η为充放电效率（通常约等于1），/>为充放电的采样电流，一般认为放电电流为正，充电电流为负。
工业上一般采用上式的离散形式：式中，/>为BMS的采样时间间隔。
（2）SOC显示值的平滑方法
锂电池工作过程中难免会有细微的电流和温度波动，因此本发明实施例中引入滑动平均法来检测锂电池的电流和温度的变化。滑动平均法可以滤除电流和温度的短期突变，从而更准确地判断电流是否发生倍率改变。如图2所示，采用滑动平均法来测得电池充放电的平均电流，计算电流倍率C-Rate；判断充放电倍率变化是否大于阈值（阈值为0.3C）；如果是，则更正C(c,t)值，再继续判断温度区间是否发生跳变的步骤，如果否，则直接跳转至判断温度区间是否发生跳变的步骤；在判断温度区间发生跳变时，则更正C(c,t)值，再继续计算SOC真实值的步骤，在判断温度区间未发生跳变时，则直接跳转至计算SOC真实值的步骤；在计算SOC真实值之后，判断SOC是否发生跳变，如果是，则对SOC进行平滑，如果否，则返回初始步骤，循环往复。
本实施例中，电流的滑动平均的步长设定为BMS对电流采样的10个采样周期。例如BMS对电池的采样周期为0.5秒，则10个采样周期为5秒。滑动平均法所得结果为电流在10个采样周期的平均值。而由于温度变化的速度往往小于电流变化的速度，因此，增大对温度采样的滑动平均步长，例如5分钟。如果相邻两个滑动平均的结果发生改变，且改变值大于判断阈值（电流变化的判断阈值为0.3C，温度变化的判断阈值为10℃），则认为电池进入不同的放电倍率或温度区间，需要修改安时积分法中的标定容量C(c,t)。这时，SOC真实值会因为安时积分公式中的C(c,t)值改变而发生跳变。具体表现为：电池在工作过程中，当从小倍率转换到大倍率，或者环境温度下降，C(c,t)值减小，SOC真实值会发生上升跳变；当从大倍率转换到小倍率，或者环境温度升高，C(c,t)值增大，SOC真实值会发生下降跳变。但正是这样的上下跳变才反映了更精确的SOC真实值：该SOC真实值反映了在当前温度与放电倍率下，电池剩余的电量与其实际可放出电量（即最大荷电量）的真实比值。但在实际应用中，用户通常希望锂电产品的SOC呈线性变化，上述跳变显然不符合“线性变化”这个条件。因此，本实施例还在SOC真实值的基础上采用平滑方法进行处理以得到符合“线性变化”的SOC显示值，以符合用户的使用习惯。
平滑方法需要有一个真实的SOC真实值（下称SOC1，如图3a~图3h以及图4、图5、图6中的无平滑效果的曲线），以及用于显示的SOC显示值（下称SOC2，如图3a~图3h以及图4、图5、图6中的有平滑效果的曲线）。表1中汇总了锂电池在各种充放电工况模式转化下SOC显示值应该采取的平滑方法的处理（其中充放电工况的变化包括充放电状态的变化和充放电倍率的变化）：
表1 各种工况模式转换下SOC显示值采取的平滑方法的处理
| 充放电模式转换 | C(c,t)值变化 | SOC1跳变方向 | SOC2平滑方法 | 模式 |
| 任意 | 不变（倍率不变，温度不变） | 不跳变 | 无 | 0 |
| 充电到充电 | 减小（小倍率到大倍率或温度降低） | 向上 | 减缓上升 | 1 |
| 充电到充电 | 增大（大倍率到小倍率或温度升高） | 向下 | 维持 | 2 |
| 放电到放电 | 增大（大倍率到小倍率或温度升高） | 向下 | 减缓下降 | 3 |
| 放电到放电 | 减小（小倍率到大倍率或温度降低） | 向上 | 维持 | 4 |
| 放电到充电 | 增大（大倍率到小倍率或温度升高） | 向下 | 维持 | 5 |
| 充电到放电 | 减小（小倍率到大倍率或温度降低） | 向上 | 维持 | 6 |
| 放电到充电 | 减小（小倍率到大倍率或温度降低） | 向上 | 减缓上升 | 7 |
| 充电到放电 | 增大（大倍率到小倍率或温度升高） | 向下 | 减缓下降 | 8 |
滑方法的具体说明如下：
a、锂电池运行过程中，相邻两个时间点（即T-1、T两个时刻，典型时间间隔为1秒）内，如果充放电的电流倍率、温度不发生变化，C(c,t)值不发生变化，则认为工作在模式0，无需运行平滑方法。如表1第二行（模式0所对应的行）所示，当前时刻的SOC显示值（SOC2）与SOC真实值（SOC1）相等。
b、如果因为充放电电流变化，或者温度发生变化导致C(c,t)值发生变化，进一步导致SOC1值发生变化，则根据充放电模式的切换来判断锂电池工作在什么模式下，如表1最右侧所示的模式1~模式8，各种模式（如图3a至图3h，其中某一时刻若只对应一个SOC值，则表明此时SOC显示值与SOC真实值相等，即无平滑效果的曲线和有平滑效果的曲线重合）具体说明如下。
b1、模式1（如图3a所示）和模式7（如图3g所示）中，是因为C(c,t)值变小而导致SOC1向上跳变，平滑方法的判据为：如果SOC1(T)-SOC2(T-1)>λ，λ为阈值，本例中λ设置为0.0015，当前时刻SOC2(T)的计算公式为：SOC2(T)=SOC2(T-1)+(SOC1(T)-SOC2(T-1))*α，α为减速因子，本例中α设置为0.1。连续运用此公式，直到用于显示的SOC2的值与真实值SOC1的差距小于或等于阈值，则将SOC1值赋予SOC2，继续执行安时积分法，此时SOC1与SOC2数值上相等，继续以相同的速率发生变化。因此，在模式1（如图3a所示）和模式7（如图3g所示）中，SOC跳变方向向上，同时下一时刻走向为上，则平滑后缓慢上升。
b2、模式3（如图3c所示）和模式8（如图3h所示）中，因为C(c,t)值变大而导致SOC1向下跳变，平滑方法的判据为：如果SOC2(T-1)-SOC1(T)>λ，λ为阈值，本例中λ设置为0.0015，则当前时刻SOC2(T)的计算公式为：SOC2(T)=SOC2(T-1)-(SOC2(T-1)-SOC1(T))*α，α为减速因子，本例中α设置为0.1。连续运用此公式，直到真实值SOC1与用于显示的SOC2的值的差距小于阈值，则将SOC1值赋予SOC2，此后继续执行安时积分法，此时SOC1与SOC2数值上相等，以相同的速率发生变化。因此，在模式3（如图3c所示）和模式8（如图3h所示）中，SOC跳变方向为下，下一时刻走向为下，则平滑后缓慢下降。
b3、如果C(c,t)值改变，并且进入了模式2（如图3b所示）、模式4（如图3d所示）、模式5（如图3e所示）、模式6（如图3f所示），则平滑方法将维持SOC2值不变，直至SOC1的值与SOC2值相等，则继续执行安时积分法，SOC1和SOC2再以相同的数值与速率变化。其中，在模式4（如图3d所示）和模式6（如图3f所示）中，跳变方向为向上，下一时刻走向为下（即当前时刻至下一时刻为放电状态），则平滑后维持不变；在模式2（如图3b所示）和模式5（如图3e所示）中，跳变方向为向下，下一时刻走向为上（即当前时刻至下一时刻为充电状态），则平滑后维持不变。
综上所述，本发明实施例提出的平滑方法，首先在C(c,t)值的变化超过一定阈值时确定SOC真实值是上升还是下降（上升则SOC向上跳变，下降则SOC向下跳变），然后看下一时刻SOC真实值的走向（充电意味着SOC真实值会上升，放电意味着SOC真实值会下降，从充电到放电意味着SOC真实值会下降，从放电到充电意味着SOC真实值会上升）。如果SOC跳变方向和下一时刻SOC真实值的走向相同，则缓慢变化：如果是向上，则缓慢上升，例如模式1（如图3a所示）和模式7（如图3g所示），跳变方向为向上跳变，且下一时刻SOC真实值的走向为上升，因此缓慢上升；如果是向下，则缓慢下降，例如模式3（如图3c所示）和模式8（如图3h所示），跳变方向为向下跳变，且下一时刻SOC真实值的走向为下降，因此缓慢下降。如果SOC跳变方向和下一时刻SOC真实值的走向不同，则维持不变，例如模式4（如图3d所示）和模式6（如图3f所示），跳变方向为向上跳变，且下一时刻SOC真实值的走向为下降，因此维持不变；模式2（如图3b所示）和模式5（如图3e所示），跳变方向为向下跳变，且下一时刻SOC真实值的走向为上升，因此维持不变。
下述以具体实例对本实施例所采用的平滑方法作进一步的说明。
图4展示了一个锂电池的在时长为4200秒内，在不同倍率下进行充放电的工况图，图中横轴为持续时间，纵轴为锂电池的SOC值；曲线上升代表锂电池充电，曲线下降代表锂电池放电。其中曲线的斜率反映了充放电电流的倍率，斜率越大，电流倍率越大。图中较细的曲线代表无平滑效果的曲线（即对应的为SOC真实值的曲线），较粗的曲线代表有平滑效果的曲线（即对应经过平滑方法处理后得到的SOC显示值的曲线），在没有跳变的时候，两条曲线是重叠的，在跳变的情况下，无平滑效果的曲线发生跳变，有平滑效果的曲线消除了“跃变”现象，直到SOC显示值逐渐变化到SOC真实值。
图5展示了锂电池在1440秒时由较大倍率放电到较小倍率放电发生跃变的工况，图中曲线A是SOC真实值的曲线示意图，曲线B是采用了平滑方法的SOC显示值的曲线示意图。在1440秒之前，曲线A与曲线B重叠。在1440秒时，锂电池放电倍率减小，C(c,t)数值变大，导致SOC真实值（曲线A）在1440秒向下跳变。各个数据点的X值为时间（秒），Y值为SOC真实值（0~1之间）。曲线A表明SOC真实值从1439秒的0.74851跳变至1440秒的0.729845。而曲线B代表经过平滑后的效果，表现为减缓SOC数值下降的速度，消除“跃变”现象，直到SOC显示值逐渐变化到SOC真实值，之后曲线A与曲线B再次重叠。
图6展示了锂电池在720秒由较小倍率充电到较大倍率放电的工况，图中曲线C是SOC真实值的曲线示意图，曲线D是采用了平滑方法的SOC显示值的曲线示意图。在720秒之前，曲线C与曲线D重叠。在720秒时，因为倍率增大，C(c,t)数值变小，SOC真实值由719秒处的0.932619跃变至720秒的0.951273。但因为锂电池后续处于放电状态，SOC真实值终将下降，此时平滑方法的效果表现为消除向上跳变，而将SOC显示值维持为当前的SOC真实值，直到SOC真实值连续下降到跃变前的数值，再随着当前放电倍率持续下降，即曲线A与曲线B再次重叠。
本发明中研究发现了传统安时积分法的弊端，提出了将安时积分法中固定的标称容量C n 动态调整为适应充放电倍率的C(c,t)，从而提升了SOC真实值的计算精度。进一步地，在运用改进后的安时积分法后，当电池充放电发生电流倍率改变或温度改变时，真实SOC的数值会上下跳变，基于此引入了平滑方法，消除SOC跳变现象，改善用户体验度。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取锂电池当前时刻的SOC真实值；
S2：获取锂电池上一时刻的SOC显示值；
S3：获取锂电池的充放电状态；
S4：根据锂电池当前时刻的SOC真实值、上一时刻的SOC显示值确定锂电池SOC是否发生跳变，如果未发生跳变，则将锂电池当前时刻的SOC真实值赋值给锂电池当前时刻的SOC显示值；如果发生跳变，则根据跳变的方向与锂电池的充放电状态来确定锂电池当前时刻的SOC显示值。
2.根据权利要求1所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
S41：判断∣SOC1(T)-SOC2(T-1)∣是否大于第一阈值，如果是，则执行步骤S42，如果否，则SOC2(T) = SOC1(T)，其中，SOC1(T)为锂电池当前时刻T的SOC真实值，SOC2(T-1)为锂电池上一时刻T-1的SOC显示值，SOC2(T)为锂电池当前时刻T的SOC显示值；
S42：如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC2(T-1)+K1，0＜K1＜SOC1(T)-SOC2(T-1)；
如果SOC1(T)＞SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于充电状态，则SOC2(T)=SOC1(T)；
如果SOC1(T)＜SOC2(T-1)，且当前时刻锂电池处于放电状态，SOC2(T)=SOC2(T-1)-K2，0＜K2＜SOC2(T-1)-SOC1(T)。
3.根据权利要求2所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，K1=(SOC1(T)-SOC2(T-1))*α1，K2=(SOC2(T-1)-SOC1(T))*α2，α1为第一减速因子，α2为第二减速因子。
4.根据权利要求3所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，α1的取值范围为0.05~0.2，α2的取值范围为0.05~0.2。
5.根据权利要求1所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
S11：在多个环境温度下分别测量锂电池在多种充放电倍率下的最大荷电容量，得到标定模型；
S12：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度，并根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
S13：根据锂电池当前时刻的最大荷电容量得到安时积分法中的标称容量的替换值；
S14：将所述替换值替代安时积分法中的标称容量，得到改进的安时积分法公式，根据改进的安时积分法公式计算锂电池当前时刻的SOC真实值。
6.根据权利要求5所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，所述替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量。
7.根据权利要求5所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，在得到所述替换值之前还包括获取锂电池当前时刻的SOH，所述替换值等于锂电池当前时刻的最大荷电容量与锂电池当前时刻的SOH相乘的乘积。
8.根据权利要求5所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，步骤S1还包括步骤S15：重复步骤S12至S14，以根据各个时刻的锂电池SOC真实值，获得时间-锂电池SOC真实值曲线。
9.根据权利要求8所述的锂电池SOC显示值的计算方法，其特征在于，步骤S12具体包括：
S121：获取锂电池当前时刻的电流和当前时刻的环境温度；
S122：通过滑动平均法获得锂电池充放电的平均电流，计算锂电池当前时刻的充放电倍率；
S123：判断锂电池当前时刻的充放电倍率与上一时刻的充放电倍率之差是否超过第二阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S124；
S124：判断当前的环境温度与上一时刻的环境温度之差是否超过第三阈值，如果是，则执行步骤S125，如果否，则执行步骤S126；
S125：根据当前时刻的采样电流和当前时刻的环境温度在所述标定模型中获取锂电池当前时刻的最大荷电容量；
S126：将锂电池上一时刻的最大荷电容量赋值给锂电池当前时刻的最大荷电容量。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为可被一处理器运行以执行权利要求1至9任一项中所述的锂电池SOC显示值的计算方法中的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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