CN117485199A - 一种基于电压回弹特性的快速soc修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，涉及电池技术领域，方法为：绘制电池在不同工作环境、不同SOC下的回弹电压曲线；采集车辆行车信息，判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件；满足快速OCV修正策略的触发条件后，查询当前工作环境、当前荷电状态下的回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到对应的回弹电压值，利用回弹电压值对当前电压值进行修正，修正后得到稳态电压值；根据OCV‑SOC关系得到稳态电压值所对应的荷电状态值为sa，将当前的荷电状态修正为sa。本发明的快速OCV修正要求静置的时间更短，对于长时间运行的电动汽车更易触发修正策略，避免SOC长时间不修正，产生虚高情况。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法。
背景技术
目前在电池的SOC修正中，静态OCV修正方法最为常用，但往往需要电池在使用后静置超过一定时间才能生效。例如，磷酸铁锂电池被广泛应用于新能源汽车领域，采用静态OCV修正方法进行SOC修正，需要磷酸铁锂电池在使用后静置超过2小时才能生效，另外由于磷酸铁锂电池的特性，当其荷电状态SOC小于30%时（即处于非平台期时）才进行修正。
通常，家用车为日间使用，夜间充电静置，能够很好的进行SOC修正，但运营车往往24小时运行，充电方式多为短时快充，无法满足上述的修正条件，导致SOC长时间无法修正，出现较大偏差，最终显示电量虚高，容易半路趴窝。
因此，亟需一种短暂静置后就能够触发的快速OCV修正策略，从而实现快速SOC修正。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，当满足快速OCV修正策略的触发条件时，对OCV进行快速修正，从而快速更新SOC值，以避免虚高带来的趴窝问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，包括以下步骤：
S1，获取电池在不同工作环境、不同荷电状态即SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同荷电状态下的回弹电压曲线；
S2，采集车辆行车信息，判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件；
若满足快速OCV修正策略的触发条件，则进入步骤S3；若不满足快速OCV修正策略的触发条件，则继续执行步骤S2，继续采集车辆行车信息，继续判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件；
S3，触发快速OCV修正策略，查询当前工作环境、当前荷电状态下的回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到对应的回弹电压值；
利用回弹电压值对当前电压值进行修正，修正后得到稳态电压值Ua；
根据OCV-SOC关系得到稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa，将当前的荷电状态值修正为sa。
优选的，步骤S1中，所述工作环境包括外部温度和工作电流。
优选的，步骤S1中，所述回弹电压曲线是回弹电压值和静置时间的关系曲线。
优选的，步骤S1中，针对放电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线；针对充电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的充电回弹电压曲线。
优选的，步骤S1的具体过程如下所示：
S11，设置工作环境，所述工作环境包括外部温度和工作电流；
S12，电池从100%SOC到0%SOC进行放电，以Δs%的SOC作为间隔，每下降Δs%的SOC后进行一次静置，静置时间为T；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的放电回弹电压曲线；
S13，按照步骤S12的方式，继续进行放电，每下降Δs%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为T，直至达到0%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的放电电压回弹曲线；
S14，电池从0%SOC到100%SOC进行充电，以Δs%的SOC作为间隔，每上升Δs%的SOC后进行一次静置，静置时间为T；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的充电回弹电压曲线；
S15，按照步骤S14的方式，继续进行充电，每上升Δs%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为T，直至达到100%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的充电电压回弹曲线；
S16，改变工作环境，按照步骤S12-S15的方式进行放电测量和充电测量，最终绘制得到不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线和充电电压回弹曲线。
优选的，步骤S2中，所述快速OCV修正策略的触发条件为：电池的累计放电容量大于设定的容量阈值Q0，且未进行任何其他OCV修正，且静置时间Ti大于设定的时间阈值T0，且外部温度Tempi大于设定的温度阈值Temp0，且工作电流Ii小于设定的电流阈值I0。
优选的，步骤S3中，满足快速OCV修正策略的触发条件后，采集进入静置时的电压值Uin和退出静置时的电压值Uout，计算压差ΔU=Uout-Uin，若ΔU>0，则为放电工况；若ΔU<0，则为充电工况；
针对放电工况，查询当前工作环境、当前SOC下的放电回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到当前静置时间下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc加上回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc+Ub；
针对充电工况，查询当前工作环境、当前SOC下的充电回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到当前静置时间下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc减去回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc-Ub。
优选的，步骤S3中，判断稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa和当前的荷电状态值si是否均处于平台期，若均处于平台期，则不对当前的荷电状态进行修正；否则，对当前的荷电状态进行修正，将当前的荷电状态值从si修正为sa。
优选的，所述电池为磷酸铁锂电池。
优选的，若在触发快速OCV修正策略前，已经触发其他OCV修正策略，则在完成其他OCV修正后，将电池累计放电容量清零，并重新累计电池放电容量。
本发明的优点在于：
（1）本发明在静态OCV修正的基础上，结合电池的极化特性，利用回弹电压值修正实时电压得到稳态电压值，利用稳态电压值查OCV-SOC表后得到的SOC值更加精确。
（2）静态OCV修正策略触发的静置时间通常要大于2小时，本发明所提出快速OCV修正策略，对OCV修正要求的静置时间很短，通常在几分钟以内就能触发，能够有效避免避免SOC长时间不修正，产生虚高情况。
（3）本发明对SOC进行修正时，随着静置时间增大，电池极化越小，从而回弹电压越稳定，计算的稳态电压越准确，使得修正后的SOC误差更低。
（4）本发明中的快速OCV修正策略的触发条件中，要求未进行任何其他OCV修正，以避免覆盖其他精度更高的OCV修正，如静态OCV修正；要求外部温度Tempi大于Temp0，以减少由于低温容量冻结带来的异常影响；要求静置时间Ti大于T0，以保证电芯极化电压进入平稳回弹状态；要求电池的工作电流Ii小于I0，以保证车辆处于非行驶状态。
附图说明
图1为本发明的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法的流程图。
图2为放电工况下的电压回弹示意图。
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。基于本发明中的实施例，本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。
本发明中的相关术语含义如下：
SOC（State of Charge，荷电状态）代表电池剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，当SOC＝0%时表示电池完全放电，当SOC＝100%时表示电池完全充满。
OCV为开路电压，表示电池在不放电开路时的两极之间电位差。
由图1所示，一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，包括以下步骤：
S1，获取磷酸铁锂电池在不同工作环境、不同荷电状态即SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的回弹电压曲线。
所述工作环境包括外部温度和工作电流。本实施例中，外部温度的取值范围为Temp1-Temp2，单位为摄氏度（℃）；工作电流的取值范围为I1-I2，单位为安培（A）。荷电状态即SOC的取值范围为0%-100%。
所述回弹电压又称为极化电压，是由电池内部特性导致的，电流消失时，电池电压值会存在缓慢上升或下降现象，这段上升或下降电压被称为回弹电压。图2为放电工况下的电压回弹示意图，表示放电工况下电流消失后的当前电压值Uc随时间的变化曲线，根据该变化曲线可知，在充分静置、极化消除后的静态OCV值为Ua，即稳态电压值Ua；在静置时间T1对应的当前电压值为Uc1，静置时间T1对应的回弹电压值为Ub1，Ub1+Uc1=Ua；在静置时间T2对应的当前电压值为Uc2，静置时间T2对应的回弹电压值为Ub2，Ub2+Uc2=Ua。
所述回弹电压曲线是回弹电压值和静置时间的关系曲线，横轴为静置时间，纵轴为回弹电压值。或者，用回弹电压表格表示回弹电压值和静置时间的关系，绘制在不同工作环境、不同SOC下的回弹电压表格。
针对放电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线；针对充电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的充电回弹电压曲线。
步骤S1的具体过程如下所示：
S11，设置工作环境：外部温度为Tempx，Temp1≤Tempx≤Temp2；工作电流为Ix，I1≤Ix≤I2。
S12，电池从100%SOC到0%SOC进行放电，以5%的SOC作为放电间隔，每下降5%的SOC后进行一次静置，静置时间为7200s；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样，采样时刻采用非等步长的方式从0-7200s中选取；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的放电回弹电压曲线。
S13，按照步骤S12的方式，继续进行放电，每下降5%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为7200s，直至达到放电截止电压，即达到0%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的放电电压回弹曲线。
S14，电池从0%SOC到100%SOC进行充电，以5%的SOC作为充电间隔，每上升5%的SOC后进行一次静置，静置时间为7200s；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样，采样时刻采用非等步长的方式从0-7200s中选取；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的充电回弹电压曲线。
S15，按照步骤S14的方式，继续进行充电，每上升5%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为7200s，直至达到充电截止电压，即达到100%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的充电电压回弹曲线。
S16，改变工作环境，按照步骤S12-S15的方式进行放电测量和充电测量，最终绘制得到不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线和充电电压回弹曲线。
例如，选取常温25℃，电流1C（1倍电池容量的电流，即1小时充满电池所用电流大小），将电池充满，使用1C电流放电5%的SOC，使SOC从100%放电至95%，然后静置7200S，记录静置过程中的电压变化情况，本次静置结束后，再放电5%然后再静置7200s记录数据，如此往复，直至电池电量为0，即SOC放电至0%。充电工况与之原理相同，从SOC为0%开始，直至SOC达到100%。
S2，采集车辆行车信息，判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件。
所述快速OCV修正策略的触发条件为：电池累计放电容量大于设定的容量阈值Q0，且未进行任何其他OCV修正，且外部温度Tempi大于Temp0，且静置时间Ti大于T0，且电池的工作电流Ii小于I0。
若满足快速OCV修正策略的触发条件，则进入步骤S3；若不满足快速OCV修正策略的触发条件，则继续执行步骤S2，继续采集车辆行车信息，继续判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件。
其中，Temp1≤Temp0≤Temp2；I1≤I0≤I2；一般要求电池累计放电容量大于一个循环，即Q0大于电池总容量，例如，电池总容量是30AH的，要求电池累计放电容量大于3个循环，则Q0取值可以为90AH。
本发明的快速OCV修正策略的触发条件中，要求未进行任何其他OCV修正，若在满足快速OCV修正策略的触发条件前，已经触发其他OCV修正策略（如，静态OCV修正），则在完成其他OCV修正后，将电池累计放电容量清零，并重新累计电池放电容量。
本发明的快速OCV修正策略的触发条件中，要求未进行任何其他OCV修正，以避免覆盖其他精度更高的OCV修正，如静态OCV修正；要求外部温度Tempi大于Temp0，以减少由于低温容量冻结带来的异常影响；要求静置时间Ti大于T0，以保证电芯极化电压进入平稳回弹状态；要求电池的工作电流Ii小于I0，以保证车辆处于非行驶状态。
S3，满足快速OCV修正策略的触发条件后，即触发快速OCV修正策略，查询当前工作环境、当前荷电状态下的回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到对应的回弹电压值；利用回弹电压值对当前电压值进行修正，修正后得到稳态电压值Ua；根据OCV-SOC关系得到稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa，将当前的荷电状态值修正为sa。
步骤S3的具体过程如下所示：
S31，满足快速OCV修正策略的触发条件后，采集进入静置时的电压值Uin和退出静置时的电压值Uout，计算压差ΔU=Uout-Uin，若ΔU>0，则为放电工况；若ΔU<0，则为充电工况；
S32，针对放电工况，查询当前工作环境（即当前外部温度Tempi、当前工作电流Ii）、当前SOC（当前的荷电状态值si）下的放电回弹电压曲线，并根据当前静置时间Ti得到当前静置时间Ti下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc加上回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc+Ub；
针对充电工况，查询当前工作环境（即当前外部温度Tempi、当前工作电流Ii）、当前SOC（当前的荷电状态值si）下的充电回弹电压曲线，并根据当前静置时间Ti得到当前静置时间Ti下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc减去回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc-Ub；
S33，稳态电压值Ua即与极化消除后的静态OCV值接近；通过OCV-SOC关系（查表方法）得到稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa，判断稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa和当前的荷电状态值si是否均处于平台期，即sa和si是否均处于30%-80%之间，若均处于平台期，则不对当前的荷电状态进行修正；否则，对当前的荷电状态进行修正，将当前的荷电状态值从si修正为sa。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取电池在不同工作环境、不同荷电状态即SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同荷电状态下的回弹电压曲线；
S2，采集车辆行车信息，判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件；
若满足快速OCV修正策略的触发条件，则进入步骤S3；若不满足快速OCV修正策略的触发条件，则继续执行步骤S2，继续采集车辆行车信息，继续判断是否满足快速OCV修正策略的触发条件；
S3，触发快速OCV修正策略，查询当前工作环境、当前荷电状态下的回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到对应的回弹电压值；
利用回弹电压值对当前电压值进行修正，修正后得到稳态电压值Ua；
根据OCV-SOC关系得到稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa，将当前的荷电状态值修正为sa。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S1中，所述工作环境包括外部温度和工作电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S1中，所述回弹电压曲线是回弹电压值和静置时间的关系曲线。
4.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S1中，针对放电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线；针对充电工况，获取电池在不同工作环境、不同SOC下静置的回弹电压，绘制在不同工作环境、不同SOC下的充电回弹电压曲线。
5.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S1的具体过程如下所示：
S11，设置工作环境，所述工作环境包括外部温度和工作电流；
S12，电池从100%SOC到0%SOC进行放电，以Δs%的SOC作为间隔，每下降Δs%的SOC后进行一次静置，静置时间为T；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的放电回弹电压曲线；
S13，按照步骤S12的方式，继续进行放电，每下降Δs%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为T，直至达到0%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的放电电压回弹曲线；
S14，电池从0%SOC到100%SOC进行充电，以Δs%的SOC作为间隔，每上升Δs%的SOC后进行一次静置，静置时间为T；在一个静置过程中，对回弹电压进行采样；根据在静置过程中采样得到的回弹电压，绘制当前工作环境、当前SOC下的充电回弹电压曲线；
S15，按照步骤S14的方式，继续进行充电，每上升Δs%的SOC后进行一次静置，每次静置时间为T，直至达到100%SOC；在每个静置过程中，分别对回弹电压进行采样；最终绘制得到当前工作环境、不同SOC下的充电电压回弹曲线；
S16，改变工作环境，按照步骤S12-S15的方式进行放电测量和充电测量，最终绘制得到不同工作环境、不同SOC下的放电回弹电压曲线和充电电压回弹曲线。
6.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S2中，所述快速OCV修正策略的触发条件为：电池的累计放电容量大于设定的容量阈值Q0，且未进行任何其他OCV修正，且静置时间Ti大于设定的时间阈值T0，且外部温度Tempi大于设定的温度阈值Temp0，且工作电流Ii小于设定的电流阈值I0。
7.根据权利要求4或5所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S3中，满足快速OCV修正策略的触发条件后，采集进入静置时的电压值Uin和退出静置时的电压值Uout，计算压差ΔU=Uout-Uin，若ΔU>0，则为放电工况；若ΔU<0，则为充电工况；
针对放电工况，查询当前工作环境、当前SOC下的放电回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到当前静置时间下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc加上回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc+Ub；
针对充电工况，查询当前工作环境、当前SOC下的充电回弹电压曲线，并根据当前静置时间得到当前静置时间下的回弹电压值Ub；利用当前电压值Uc减去回弹电压值Ub得到稳态电压值Ua，即Ua=Uc-Ub。
8.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，步骤S3中，判断稳态电压值Ua所对应的荷电状态值为sa和当前的荷电状态值si是否均处于平台期，若均处于平台期，则不对当前的荷电状态进行修正；否则，对当前的荷电状态进行修正，将当前的荷电状态值从si修正为sa。
9.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，所述电池为磷酸铁锂电池。
10.根据权利要求1所述的一种基于电压回弹特性的快速SOC修正方法，其特征在于，若在触发快速OCV修正策略前，已经触发其他OCV修正策略，则在完成其他OCV修正后，将电池累计放电容量清零，并重新累计电池放电容量。
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