CN105548906A - 一种电池剩余容量动态估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池剩余容量动态估算方法，实时采样电池电压V_bat和电池电流I_bat，根据电池工作状态计算电池剩余容量，当电池处于放电或静置状态时或当电池处于充电状态时，采用不同的计算方法估算电池剩余容量，从而提高了电池剩余容量在充放电过程的动态估算精度。本发明将电池电压分段折算容量法和安时法两种方法有效的结合，避免电压折算法容量突变和安时法初始容量不准及累计误差的问题，提高了电池剩余容量在充放电过程的动态估算精度，延长电池使用寿命，降低系统工作成本。

Description

一种电池剩余容量动态估算方法

技术领域

本发明涉及电池状态检测技术，特别是涉及一种电池剩余容量动态估算方法。

背景技术

蓄电池的剩余容量（SOC）通常会受到环境温度、放电电倍率、充电时间、老化程度等众多因素的影响。目前，使蓄电池用户在使用前或在工况中了解电池实际所剩容量是非常重要的。例如，汽驾驶员须了解目前状态下还剩多少燃油，能否在燃油耗尽之前到达目的地。但目前电池的剩余容量测量不能达到燃油汽车剩余油量的测量水平，因此容易造成电动汽车在比如十字路口，或高速公路等工作状况下临时停车，对用户而带来不便甚至是危害。剩余容量的非准确测量对电池的充电产生直接的影响，由于不能准确的预测是否“浅放”或“过放”电，使电池发生“过充”或“欠充”，造成电池早衰寿命缩短，进而使成本增加。由此看来，蓄电池的SOC的准确测量问题已成为其广泛取代燃油能源的瓶颈。蓄电池SOC的检测比较复杂，今年来常用的方法有：电池电压分段折算容量法和安时法。

电池分段折算容量法原理：通过外接一个处于工作状态下电池周期性的恒定电流负载，测得一系列的电池工作电压，这些工作电压采用阶段斜率的计算方法求电池该时刻的剩余时间，从而推算电池放电过程的SOC。此方法的容量计算优点是通过监测电池工作电压来折算电池容量，在电池放电过程中结合电池放电倍率，可以较为准确的计算出电池剩余容量。但是，由于电池负载的不确定，在无负载时，电池静置电压无法正确反应电池的剩余容量，而当负载突加突卸时，电池电压突变导致剩余容量的突变，不符合容量渐进变化的特点，且该法不适用于电池充电状态。

安时法原理：通过对电池充放电流的时间累积计算电池剩余容量，安时法计算过程中会存在两方面的误差：初始容量的偏差及电流采样偏差引起的累计误差，随着时间的增加，以上产生的剩余容量累加积分值的误差会线性增加。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出的一种电池剩余容量动态估算方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：在电池组放电状态或静置状态时，利用电压分段折算法计算出放电容量VSoc(t)，利用安时法计算放电容量Soc(t)，通过比较二者的差值计算得出修正系数；通过修正系数对Soc(t)进行修正；在电池组充电过程中将放电或静置状态下修正后的最终电池剩余容量作为充电安时法初始容量，并在安时法的公式内增加充电修正系数m计算得出电池剩余容量Soc(t)。

在本发明一实施例中，当电池处于放电或静置状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，；其中，为系统启动时的电池初始容量，为电池的额定安时数，为电池处于放电或静置工作状态下的电池容量修正系数；当电池处于充电状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，；其中，为电池放电或静置状态下的最终电池剩余容量，为电池的额定安时数，m为电池充电状态下的电池容量修正系数。

进一步的，当电池处于放电或静置工作状态时，电池剩余容量的计算包括以下步骤：S1：根据采样的电池电压V_bat，采用电压折算法获得出t时刻电压法电池容量Vsoc(t)；S2：将VSoc(t)赋值给，采用以下公式计算出t时刻安时法电池容量：；S3：实时比较Soc’(t)和Vsoc(t)，确定修正系数，当VSoc(t)>Soc’(t)时，=k/(VSoc(t)-Soc'(t))；当VSoc(t)<Soc’(t)时，=k*(Soc'(t)-VSoc(t))；当VSoc(t)=Soc’(t)时，=k；其中：k值为电池恒流放电倍率，根据实时采样的电池放电电流I_bat和放电时间t利用peukert方程计算电池在不同放电电流下对应的放电倍率；S4：根据S3确定的修正系数，采用以下公式对步骤S2计算出的进行修正，获得修正的电池剩余容量，；S5：实时保存经过修正的电池剩余容量。

进一步的，计算t时刻电压法电池容量VSoc(t)，实现方式如下：

当V_bat>V₁时，VSoc(t)=(V_bat-V₁)*b₁/(V_f-V₁)+a₁；

当V₁≥V_bat＞V₂时，VSoc(t)=(Vbat-V₂)*b₂/(V₁-V₂)+a₂；

当V₂≥V_bat＞V₃时，VSoc(t)=(Vbat-V₃)*b₃/(V₂-V₃)+a₃；

当V₃≥V_bat＞V₄时，VSoc(t)=(Vbat-V₄)*b₄/(V₃-V₄)+a₄；

···

当V_n-1≥V_bat＞V_n时，VSoc(t)=(V_bat-V_n)*b_n/(V_n-1-V_n)+a_n

当V_n≥V_bat≥0时，VSoc(t)=V_bat/V_n*b_n+1；

其中，V_f为电池的浮充电压，0＜V_n<···V₃＜V₂＜V₁＜V_f，0＜a₁＜a₂＜a₃<···<a_n＜1，0＜b₁＜b₂＜b₃···<b_n+1＜1。

在本发明一实施例中，当电池处于充电状态时，根据实测充电量估算出电池充电修正系数m，将放电或静置状态下的最终电池剩余容量赋值给，采用以下公式计算出经过修正的电池剩余容量：，其中，1.2＜m＜1.5。

本发明将电池电压分段折算容量法和安时法两种方法有效的结合，避免电压折算法容量突变和安时法初始容量不准及累计误差的问题，提高了电池剩余容量在充放电过程的动态估算精度，延长电池使用寿命，降低系统工作成本。

附图说明

图1为本发明的一种电池剩余容量动态估算的方法的系统流程图；

图2为电池剩余容量利用本方法的修正前和修正后的对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出的一种电池剩余容量动态估算方法，本方法采用以下技术方案实现。一种电池剩余容量动态估算方法，实时采样电池电压V_bat和电池电流I_bat，根据电池工作状态计算电池剩余容量；容量计算的实现过程分为放电和充电过程，在电池组放电态下，利用电压分段折算法计算出放电容量VSoc(t)，利用安时法计算放电容量Soc(t)，由于放电过程VSoc(t)的精度高于Soc(t)，通过比较二者的差值得出修正系数，通过调节修正系数对Soc(t)进行修正，使其精度接近VSoc(t)；在电池组充电过程不计算VSoc(t)，而将放电或静置状态修正后的最终电池剩余容量作为充电安时法初始容量，并在安时法的公式内增加充电修正系数m，保证安时法充电容量精度。

当电池处于放电或静置状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，

；

其中，为系统启动时的电池初始容量，为电池的额定安时数，为电池处于放电或静置工作状态下的电池容量修正系数；

当电池处于充电状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，

；

其中，为电池放电或静置状态下的最终电池剩余容量，为电池的额定安时数，m为电池充电状态下的电池容量修正系数。

进一步的，当电池处于放电或静置工作状态时，电池剩余容量的计算包括以下步骤：

S1：根据采样的电池电压V_bat，采用电压折算法获得出t时刻电压法电池容量Vsoc(t)；

S2：将Vsoc(t)赋值给，采用以下公式计算出t时刻安时法电池容量：

；

S3：实时比较和Vsoc(t)，确定修正系数，

当VSoc(t)>Soc’(t)时，=k/(VSoc(t)-Soc'(t))；

当VSoc(t)<Soc’(t)时，=k*(Soc'(t)-VSoc(t))；

当VSoc(t)=Soc’(t)时，=k；

k值为电池恒流放电倍率，根据实时采样的电池放电电流I_bat和放电时间t利用peukert方程（普克特方程）计算电池在不同放电电流下对应的放电倍率；

S4：根据步骤S3确定的修正系数，采用以下公式对步骤S2计算出的进行修正，获得修正的电池剩余容量

；

S5：实时保存经过修正的电池剩余容量。

进一步的，计算t时刻电压法电池容量Vsoc(t)，实现方式如下：

当V_bat>V₁时，VSoc(t)=(V_bat-V₁)*b₁/(V_f-V₁)+a₁；

当V₁≥V_bat＞V₂时，VSoc(t)=(Vbat-V₂)*b₂/(V₁-V₂)+a₂；

当V₂≥V_bat＞V₃时，VSoc(t)=(Vbat-V₃)*b₃/(V₂-V₃)+a₃；

当V₃≥V_bat＞V₄时，VSoc(t)=(Vbat-V₄)*b₄/(V₃-V₄)+a₄；

···

当V_n-1≥V_bat＞V_n时，VSoc(t)=(V_bat-V_n)*b_n/(V_n-1-V_n)+a_n

当V_n≥V_bat≥0时，VSoc(t)=V_bat/V_n*b_n+1；

其中，V_f为电池的浮充电压，0＜V_n<···V₃＜V₂＜V₁＜V_f，0＜a₁＜a₂＜a₃<···<a_n＜1，0＜b₁＜b₂＜b₃···<b_n+1＜1。

进一步的，当电池处于充电状态时，根据实测充电量估算出电池充电修正系数m，将放电或静置状态下的最终电池剩余容量赋值给，采用以下公式计算出经过修正的电池剩余容量，

其中，1.2＜m＜1.5。

图2中曲线1为未经过修正的安时法放电容量的偏差曲线，图中曲线2为修正过后安时法放电容量偏差曲线。从图中可以看出放电前8分钟为由于电池电压的突变引起电压折算法计算容量的突变，此时安时法放电容量与电压折算容量存在较大偏差，为了使安时法放电容量接近电压折算容量，需通过调节kc数来修正安时法容量精度，从图中可看出修正过后的偏差量都能控制在2%的范围以内，有效的修正安时法累计引起的误差。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电池剩余容量动态估算方法，实时采样电池电压V_bat和电池电流I_bat，根据电池工作状态计算电池剩余容量，其特征在于，包括以下具体步骤：在电池组放电状态或静置状态时，利用电压分段折算法计算出放电容量VSoc(t)，利用安时法计算放电容量Soc(t)，通过比较二者的差值计算得出修正系数；通过修正系数对Soc(t)进行修正；在电池组充电过程中将放电或静置状态下修正后的最终电池剩余容量作为充电安时法初始容量，并在安时法的公式内增加充电修正系数m计算得出电池剩余容量Soc(t)。

2.根据权利要求1所述的电池剩余容量动态估算方法，其特征在于：当电池处于放电或静置状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，

；

其中，为系统启动时的电池初始容量，为电池的额定安时数，为电池处于放电或静置工作状态下的电池容量修正系数；

当电池处于充电状态时，采用以下公式计算电池剩余容量，

；

其中，为电池放电或静置状态下的最终电池剩余容量，为电池的额定安时数，m为电池充电状态下的电池容量修正系数。

3.根据权利要求2所述的电池剩余容量动态估算方法，其特征在于：当电池处于放电或静置工作状态时，电池剩余容量的计算包括以下步骤：

S1：根据采样的电池电压V_bat，采用电压折算法获得出t时刻电压法电池容量Vsoc(t)；

S2：将VSoc(t)赋值给，采用以下公式计算出t时刻安时法电池容量：

；

S3：实时比较Soc’(t)和Vsoc(t)，确定修正系数，

当VSoc(t)>Soc’(t)时，=k/(VSoc(t)-Soc'(t))；

当VSoc(t)<Soc’(t)时，=k*(Soc'(t)-VSoc(t))；

当VSoc(t)=Soc’(t)时，=k；

其中：k值为电池恒流放电倍率，根据实时采样的电池放电电流I_bat和放电时间t利用peukert方程计算电池在不同放电电流下对应的放电倍率；

S4：根据S3确定的修正系数，采用以下公式对步骤S2计算出的进行修正，获得修正的电池剩余容量

；

S5：实时保存经过修正的电池剩余容量。

4.根据权利要求3所述的电池剩余容量动态估算方法，其特征在于：计算t时刻电压法电池容量VSoc(t)，实现方式如下：

当V_bat>V₁时，VSoc(t)=(V_bat-V₁)*b₁/(V_f-V₁)+a₁；

当V₁≥V_bat＞V₂时，VSoc(t)=(Vbat-V₂)*b₂/(V₁-V₂)+a₂；

当V₂≥V_bat＞V₃时，VSoc(t)=(Vbat-V₃)*b₃/(V₂-V₃)+a₃；

当V₃≥V_bat＞V₄时，VSoc(t)=(Vbat-V₄)*b₄/(V₃-V₄)+a₄；

···

当V_n-1≥V_bat＞V_n时，VSoc(t)=(V_bat-V_n)*b_n/(V_n-1-V_n)+a_n

当V_n≥V_bat≥0时，VSoc(t)=V_bat/V_n*b_n+1；

其中，V_f为电池的浮充电压，0＜V_n<···V₃＜V₂＜V₁＜V_f，0＜a₁＜a₂＜a₃<···<a_n＜1，0＜b₁＜b₂＜b₃···<b_n+1＜1，n为大于3的自然数。

5.根据权利要求2所述的电池剩余容量动态估算方法，其特征在于：当电池处于充电状态时，根据实测充电量估算出电池充电修正系数m，将放电或静置状态下的最终电池剩余容量赋值给，采用以下公式计算出经过修正的电池剩余容量：

其中，1.2＜m＜1.5。