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CN105548898B - 一种离线数据分段矫正的锂电池soc估计方法 - Google Patents

一种离线数据分段矫正的锂电池soc估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其主要应用于电动车辆的电池管理系统上，用于对锂电池的实际容量进行矫正，并消除传统安时积分法的累计误差，所述方法包括：电池等效电路模型的建立；获取OCV‑SOC曲线；利用电池放电结束时的端电压响应曲线对等效电路模型进行离线参数辨识；电池健康状态SOH的计算；利用安时积分法实时计算SOC的当前值；利用电池健康状态对SOC值进行矫正；利用离线数据对安时积分法中的累积误差进行分段消除。本发明能准确估计电池SOC并消除安时积分法对电池SOC估计的累积误差。

Description

一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理系统领域，特别涉及一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法。
背景技术
在电动车辆运行中，动力电池荷电状态(SOC)是电池状态的重要参数，被用来直接反应电池的剩余电量，在混合动力系统中，电池SOC也是整车控制系统制定最优能量管理策略的重要依据。准确估计动力电池SOC值，对于延长电池寿命、提高电池的安全可靠性和提高电动汽车整车性能具有重要研究意义。
电池SOC受多种因素影响，无法通过传感器直接测量，必须通过测量电池电压、工作电流和温度等物理量并采用一定的数学模型和算法估计得到。目前，常用的方法有：
开路电压法，单独使用只适用于电动汽车的驻车状态，不能在线、动态估算。
安时积分法，估算精度很大程度上取决于电流测量精度，累积误差无法消除。
神经网络法，需要大量数据进行训练。
卡尔曼滤波法，对电池模型准确性和系统处理能力要求较高。
因此需要建立一种简单易行、估算精度较高且能消除累积误差的SOC估计方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，实现电动车辆动力电池SOC的准确估计，以及累积误差的分段消除。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，包括以下步骤：
S1、建立电池等效电路模型；
S2、辨识等效电路模型的离线参数；
S3、利用电池内阻求出SOH的值，确定当前状态电池的实际可用容量CN，将其作为安时积分法公式中的除数项；
S4、当电池处在工作状态时，利用安时积分法求SOC；
S5、当SOC值为0.1的整数倍时，启动对应的离线模型参数，计算出当前状态的开路电压；
S6、利用开路电压与SOC的函数关系，求出此时的SOC真实值，以此值作为安时积分法的SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
所述步骤S1中的电池等效电路模型为一个电压源Voc、一个欧姆电阻R和两个RC环路(Rp、Cp与Rs、Cs)，即二阶RC等效电路模型。
所述步骤S2中的离线参数辨识方法为：
S21、采用采用先恒流(0.2C)后恒压(截止电压4.25V)的方式对电池进行充电；
S22、对电池进行恒流恒容量(260mAh)放电；
S23、放电结束，静置1小时以消除电池极化效应；
S24、重复步骤S22、S23，至电池放电结束；利用六次多项式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC拟合实验数据可得OCV-SOC曲线，再根据电池放电结束时的端电压响应曲线可得等效模型的离线参数R、Rp、Cp、Rs、Cs。
所述步骤S3中的SOH值求取公式为其中Reol为锂电池在寿命完结时的内阻大小，Rnew为锂电池出厂时的内阻大小，R为电池在使用过程中测得的内阻大小。实际可用容量CN＝SOH×Qnominal，其中Qnominal表示电池的额定容量。
所述步骤S4中的SOC估计值为其中SOC(t0)为初始SOC，CN为电池可用容量，i为电池电流，kt为温度因素的修正因子，kt＝[1+mt(T-25)]-1，式中mt为温度系数，是一个常数，一般取0.006～0.008，T是电池当前温度。
所述步骤S5中的整数倍中的整数为大于等于1小于等于9的整数。
所述步骤S5中开路电压计算由关系式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC得出。
所述步骤S6中根据OCV-SOC曲线以及开路电压可以得到此时的SOC真实值，将此值作为SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
本发明与现有技术相比，由于在电池SOC估计中采用上述离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，能够保证准确估计电动汽车动力电池SOC的同时，消除安时积分法产生的累积误差。
附图说明
图1为本发明所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法中的分段矫正原理图。
图2为本发明所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法中的电池等效电路模型图。
图3为本发明所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法中的电池放电结束时端电压响应曲线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，包括以下步骤：
S1、建立电池等效电路模型；
S2、辨识等效电路模型的离线参数；
S3、利用电池内阻求出SOH的值，确定当前状态电池的实际可用容量CN，将其作为安时积分法公式中的除数项；
S4、当电池处在工作状态时，利用安时积分法求SOC；
S5、当SOC值为0.1的整数倍时，启动对应的离线模型参数，计算出当前状态的开路电压；
S6、利用开路电压与SOC的函数关系，求出此时的SOC真实值，以此值作为安时积分法的SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
如图1所示是分段矫正原理图。首先，电池未开始工作前，根据内阻求出SOH的值，确定当前状态电池的实际可用容量CN，作为安时积分法公式中的除数项；其次，当电池处在工作状态时，利用安时积分法求SOC，当SOC值为0.1的整数倍(大于等于1小于等于9的整数)时，启动对应的离线模型参数，计算出当前状态电池的开路电压；最后，利用开路电压与SOC的函数关系，求出此时的SOC真实值，然后以此值作为安时积分法的SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
所述步骤S1中的电池等效电路模型为一个电压源Voc、一个欧姆电阻R和两个RC环路(Rp、Cp与Rs、Cs)，即二阶RC等效电路模型。
如图2所示是电池等效电路模型图。该模型包含一个电压源Voc、一个欧姆电阻R和两个RC环路(Rp、Cp与Rs、Cs)，即二阶RC等效电路模型。其中Voc表示动力电池的开路电压。R表示电池的欧姆电阻，由电极材料、电解液及其他电阻组成。用Rp、Cp与Rs、Cs构成的两个阻容环路叠加的方式来模拟电池的极化过程，用于模拟电压放电结束，电压突变后趋于稳定的过程。
如图3所示是电池放电结束时端电压响应曲线示意图，(V1-V0)这个过程是放电结束后，电池内部欧姆电阻上产生的压降消失的过程，由此可得电池欧姆电阻Cs和Rs组成的并联电路时间常数较小，用于模拟电池在电流突变时电压快速变化的过程(V2-V1)，Cp和Rp组成的并联电路时间常数较大，用于模拟电压缓慢变化的过程(V3-V2)。利用二次指数项数据拟合曲线可以辨识出Cs、Rs、Cp、Rp。
所述步骤S2中的离线参数辨识方法为：
S21、采用采用先恒流(0.2C)后恒压(截止电压4.25V)的方式对电池进行充电；
S22、对电池进行恒流恒容量(260mAh)放电；
S23、放电结束，静置1小时以消除电池极化效应；
S24、重复步骤S22、S23，至电池放电结束；利用六次多项式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC拟合实验数据可得OCV-SOC曲线，再根据电池放电结束时的端电压响应曲线可得等效模型的离线参数R、Rp、Cp、Rs、Cs。
所述步骤S3中的SOH值求取公式为其中Reol为锂电池在寿命完结时的内阻大小，Rnew为锂电池出厂时的内阻大小，R为电池在使用过程中测得的内阻大小。实际可用容量CN＝SOH×Qnominal，其中Qnominal表示电池的额定容量。
所述步骤S4中的SOC估计值为其中SOC(t0)为初始SOC，CN为电池可用容量，i为电池电流，kt为温度因素的修正因子，kt＝[1+mt(T-25)]-1，式中mt为温度系数，是一个常数，一般取0.006～0.008，T是电池当前温度。
所述步骤S5中的整数倍中的整数为大于等于1小于等于9的整数。
所述步骤S5中开路电压计算由关系式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC得出。
所述步骤S6中根据OCV-SOC曲线以及开路电压可以得到此时的SOC真实值，将此值作为SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、建立电池等效电路模型；
S2、辨识等效电路模型的离线参数；
S3、利用电池内阻求出SOH的值，确定当前状态电池的实际可用容量CN，将其作为安时积分法公式中的除数项；
S4、当电池处在工作状态时，利用安时积分法求SOC；
S5、当SOC值为0.1的整数倍时，启动对应的离线参数，计算出当前状态的开路电压；
S6、利用开路电压与SOC的函数关系，求出此时的SOC真实值，以此值作为安时积分法的SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
2.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S1中的电池等效电路模型为一个电压源Voc、一个欧姆电阻R和两个RC环路，即二阶RC等效电路模型。
3.根据权利要求2所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S2中的离线参数辨识方法为：
S21、采用先恒流后恒压的方式对电池进行充电；
S22、对电池进行恒流恒容量放电；
S23、放电结束，静置1小时以消除电池极化效应；
S24、重复步骤S22、S23，至电池放电结束；利用六次多项式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC拟合实验数据可得OCV-SOC曲线，再根据电池放电结束时的端电压响应曲线可得等效电路模型的离线参数R、Rp、Cp、Rs、Cs，其中R表示电池欧姆内阻，Rp表示电池浓差极化内阻，Cp表示电池浓差极化电容，Rs表示电化学极化内阻，Cs表示电化学极化电容。
4.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S3中的SOH值求取公式为其中Reol为锂电池在寿命完结时的内阻大小，Rnew为锂电池出厂时的内阻大小，R为电池在使用过程中测得的内阻大小，实际可用容量CN＝SOH×Qnominal，其中Qnominal表示电池的额定容量。
5.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S4中的SOC估计值为其中SOC(t0)为初始SOC，CN为电池实际可用容量，i为电池电流，kt为温度因素的修正因子，kt＝[1+mt(T-25)]-1，式中mt为温度系数，是一个常数，一般取0.006～0.008，T是电池当前温度。
6.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S5中的整数倍中的整数为大于等于1小于等于9的整数。
7.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S5中开路电压计算由关系式Voc＝a1×SOC6+a2×SOC5+a3×SOC4+a4×SOC3+a5×SOC2+a6×SOC得出。
8.根据权利要求1所述的离线数据分段矫正的锂电池SOC估计方法，其特征在于所述步骤S6中根据OCV-SOC曲线以及开路电压可以得到此时的SOC真实值，将此值作为SOC初始值，再利用安时积分法继续估算SOC值。
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