CN104777427A - 一种适用于铅酸电池的soc在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，属于工业测控技术领域。本发明首先利用安时积分法计算电池SOC；然后判断所计算出的电池SOC是否大于设定值；如果大于设定值，则采用安时积分法计算出的电池SOC作为最终的电池SOC，否则采用内阻法重新测量电池SOC，并以内阻法测量得到的电池SOC作为最终的电池SOC。本发明利用安时积分法和内阻法检测铅酸电池的SOC，既避免了安时法电流积累导致的误差增大，又避免了蓄电池在放电前期内阻法测量误差比较大，设备简单，实现方便。

Description

一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，属于工业测控技术领域。

背景技术

铅酸电池是一种储电工具，即人们通常所说的二次电池。无论是历史最悠久、应用最广泛的铅酸电池，还是近十几年才发展起来的锂离子电池，在使用过程中最怕的就是过充电和过放电。一旦出现过充、过放，电池就要被损坏，容量降低，寿命减少，在严重情况下，还会发生爆裂或起火燃烧。为确保电池的性能良好并延长电池的使用寿命，需要对电池进行必要的管理和控制，但前提是必须准确实时地获得电池的荷电状态。用测得的电池参数对电池的荷电状态作出准确、可靠的估计，是电池研究人员关注并投入大量精力的研究课题。目前,国内外较为普遍地采用电池荷电状态来描述电池的容量,并出现了多种估计SOC值的方法。到目前为止，电池的可测参数电流、电压、温度、电阻等都被用来估计或修正电池的SOC。但由于这些参数与SOC之间的关系复杂而又非线性，用传统数学方法建立模型很困难且可靠性低。常用的SOC估计的方法主要有安时积分法，内阻法。安时积分法由于电流测量精度有限而导致的计算误差且该误差随时间累积而越来越大。蓄电池完全充电和完全放电时，其内阻相差2～4倍左右。电池的充电时，内阻逐渐减小；电池放电时，内阻增大；电池老化，电池的内阻增加，剩余电量下降。蓄电池在充放电过程中内阻的变化率比较大，所以用内阻法可以精确的测得蓄电池的剩余电量，计算得到蓄电池的SOC，但是蓄电池在放电前期变化很小，所以存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，以解决现有电池SOC检测方法所存在局限性。

本发明为解决上述技术问题而提供一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，该SOC在线检测方法包括以下步骤：

1)利用安时积分法计算电池SOC；

2)判断所计算出的电池SOC是否大于设定值；

3)如果大于设定值，则采用安时积分法计算出的电池SOC作为最终的电池SOC，否则采用内阻法重新测量电池SOC，并以内阻法测量得到的电池SOC作为最终的电池SOC。

所述步骤1)采用安时积分法是通过积累电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{Q_B}{C_B}$

$Q_B={\∫}_0^t\mathrm{Kidt}$

其中K为电流修正系数，SOC₀为初始SOC，C_B为标准温度下的电量，K＝K₂×K₃，K₂为温度系数，K₃为在标准温度下，以标准电流I放出的电量Q_B与以不同放电电流I放电放出的电量Q之比，即

所述步骤1)中K2和K3的计算过程如下：

K₂＝1+0.008(T_B-T)

$K_3=\frac{C_B}{C}={\left(\frac{I}{I_B}\right)}^{n-1}$

其中T_B为标准温度，T为实际温度；C是电池放电时的剩余电量，n为与蓄电池结构特别是基板厚度有关的常数。

所述的设定值为50％。

所述步骤3)中所采用的内阻法测量SOC的过程如下：

A)在待测电池两端施加一个恒定的交流音频电流源i_s；

B)检测电池两端电压V₀以及i_s和V₀两者之间的夹角θ；

C)根据检测到数据计算待测电池的内阻，依据电池内阻与SOC的关系，得到SOC的值。

所述步骤C)中电池内阻与SOC的关系是通过将待测电池以特定的放电倍率进行放电在放电过程中得到的。

本发明的有益效果是:本发明首先利用安时积分法计算电池SOC；然后判断所计算出的电池SOC是否大于设定值；如果大于设定值，则采用安时积分法计算出的电池SOC作为最终的电池SOC，否则采用内阻法重新测量电池SOC，并以内阻法测量得到的电池SOC作为最终的电池SOC。本发明利用安时积分法和内阻法检测铅酸电池的SOC，既避免了安时法电流积累导致的误差增大，又避免了蓄电池在放电前期内阻法测量误差比较大，设备简单，实现方便。

附图说明

图1是电池SOC内阻测量原理示意图；

图2是电池SOC在线检测电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明首先采用安时积分法计算电池的SOC，然后判断得到的SOC是否大于设定值，如果大于，就以此得到SOC作为待测电池的SOC，否则，选择内阻法对电池的SOC重新测量。本发明利用安时积分法和内阻法监测铅酸电池的SOC，既避免了安时法电流积累导致的误差增大，又避免了蓄电池在放电前期内阻法测量误差比较大，设备简单，实现方便。具体的实现过程如下：

1.采用安时积分法计算待测电池的SOC

通过积累电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，按如图2所示组成电路，采用电压传感器、电流传感器、温度传感器等设备测量相应数据，对SOC进行补偿。

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{Q_B}{C_B}---\left(1\right)$

$Q_B={\∫}_0^t\mathrm{Kidt}---\left(2\right)$

式中：K为电流修正系数；C_B为标准温度下的电量，K＝K₂×K₃，K₂为温度系数；K₃为在标准温度下，以标准电流I放出的电量Q_B与以不同放电电流I放电放出的电量Q之比，即

(1)K₂的确定

K₂＝1+0.008(T_B-T)    (3)

式中：T_B为标准温度；T为实际温度。

(2)K₃的确定

由Peukert公式，电池放电时的剩余电量C与放电电流I的关系：

C＝K×I^1-n    (4)

初始条件相同，则K和n相同，由(4)得

$K_3=\frac{C_B}{C}={\left(\frac{I}{I_B}\right)}^{n-1}---\left(5\right)$

测量两组恒定电流I₁、I₂放电到规定终止电压的放电曲线，可求得(n为与蓄电池结构特别是基板厚度有关的常数，可以由电池厂家给出)，带入(5)即可得到K₃。

采用单片机计算得到蓄电池的SOC，进行判断，当SOC>50％时，采用安时积分法测量SOC，否则进行内阻法测量。

2.内阻法测量SOC

在蓄电池两端施加一个恒定的交流音频电流源i_s，如图1所示，然后监测电池两端电压V₀以及i_s和V₀两者之间的夹角θ。

设正弦信号为：

U₁(wt)＝Acos(wt)    (6)

蓄电池两端的响应电压信号为：

U₂(wt)＝Bcos(wt+θ)    (7)

通过模拟乘法器模拟得到：

U(wt)＝KU₁(wt)U₂(wt)

＝KABcos(wt)cos(wt+θ)

＝0.5KAB[cosθ+cos(22wt+θ)]    (8)

K为放大系数。进行低通滤波后滤掉交流成分：

U＝0.5KABcosθ    (9)

$R=\frac{2U}{\mathrm{KAI}}---\left(10\right)$

公式(10)中，K、A、I都是已知量，通过单片机的计算得到蓄电池的内阻，根据单片机内蓄电池内阻与SOC的关系，得到SOC的值。

蓄电池内阻与SOC的关系确定过程如下：

将待测铅酸电池以特定的放电倍率进行放电，采用嵌入式微处理器芯片记录放电过程中内阻与SOC对应关系。当蓄电池放电完毕后获得完整的内阻与SOC的关系曲线，将这个曲线存入单片机中，在测试同型号、同规格的蓄电池时，单片机可以根据线测的电池内阻值，得到SOC。

Claims (6)

1.一种适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，该SOC在线检测方法包括以下步骤：

1)利用安时积分法计算电池SOC；

2)判断所计算出的电池SOC是否大于设定值；

3)如果大于设定值，则采用安时积分法计算出的电池SOC作为最终的电池SOC，否则采用内阻法重新测量电池SOC，并以内阻法测量得到的电池SOC作为最终的电池SOC。

2.根据权利要求1所述的适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，所述步骤1)采用安时积分法是通过积累电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{Q_B}{C_B}$

$Q_B={\∫}_0^t\mathrm{Kidt}$

其中K为电流修正系数，SOC₀为初始SOC，C_B为标准温度下的电量，K＝K₂×K₃，K₂为温度系数，K₃为在标准温度下，以标准电流I放出的电量Q_B与以不同放电电流I放电放出的电量Q之比，即

3.根据权利要求2所述的适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，所述步骤1)中K2和K3的计算过程如下：

K₂＝1+0.008(T_B-T)

$K_3=\frac{C_B}{C}={\left(\frac{I}{I_B}\right)}^{n-1}$

其中T_B为标准温度，T为实际温度；C是电池放电时的剩余电量，n为与蓄电池结构特别是基板厚度有关的常数。

4.根据权利要求1所述的适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，所述的设定值为50％。

5.根据权利要求1所述的适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，所述步骤3)中所采用的内阻法测量SOC的过程如下：

A)在待测电池两端施加一个恒定的交流音频电流源is；

B)检测电池两端电压V0以及is和V0两者之间的夹角θ；

C)根据检测到数据计算待测电池的内阻，依据电池内阻与SOC的关系，得到SOC的值。

6.根据权利要求5所述的适用于铅酸电池的SOC在线检测方法，其特征在于，所述步骤C)中电池内阻与SOC的关系是通过将待测电池以特定的放电倍率进行放电在放电过程中得到的。