一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法制造技术

本发明专利技术提供一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法，包括步骤:S1、在不同的温度下，获取开路电压UOCV与SOC及温度T的关系，S2、建立等效电路模型，获取模型参数与SOC及温度T的关系，S3、计算当前温度T和时间t下的SOC值，包括简化电压特性方程，对电压特性方程进行求解。本发明专利技术提供的锂离子电池的SOC估计方法，原理简单，估计精度高，对锂离子电池的SOC估计精度最大偏差不超过1％。

A SOC estimation algorithm for Li ion battery based on equivalent circuit

The invention provides a SOC estimation algorithm for lithium ion batteries based on the equivalent circuit, including steps: S1, obtaining the relationship between the open circuit voltage UOCV and the SOC and the temperature T at different temperatures, S2, establishing the equivalent circuit model, obtaining the relationship between the model parameters and the SOC and the temperature T, S3, counting the current temperature T and SOC values under the time t, package The voltage characteristic equation is simplified and the voltage characteristic equation is solved. The SOC estimation method of the lithium ion battery provided by the invention is simple, the estimation precision is high, and the maximum deviation of the SOC estimation accuracy for lithium ion batteries is not more than 1%.

【技术实现步骤摘要】
一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法
本专利技术属于检测领域，具体涉及一种锂离子电池荷电状态的估算方法。
技术介绍
近年，全球的汽车数量急剧攀升，对能源的需求也越来越大，同时对环境造成的污染也愈发严重。新能源汽车，尤其是电动汽车已成为未来汽车的发展方向，但其发展速度仍受着动力电池及其应用技术的制约。如何延长电池的使用寿命、提高电池的能量效率及可靠性，是电动汽车产业化必须解决的问题，因此研究电池管理技术具有十分重大的意义。动力电池荷电状态(StateofCharge)简称SOC。锂离子电池的剩余电量是电池在运行过程中最重要的性能参数之一，剩余电量的估计是一个不可忽视的环节。对于电动车来说，准确地估计电池的SOC，不仅可以提高续航能力，还可以延长电池寿命，提高安全性。
技术实现思路
针对本领域存在的不足之处，本专利技术公开了一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法，以准确地估计电池的SOC。实现本专利技术上述目的技术方案为：一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法，包括步骤:S1、在不同的温度下，获取开路电压UOCV与SOC及温度T的关系，S2、建立等效电路模型，获取所述模型参数与所述SOC及温度T的关系，该步骤具体为S21、建立三阶等效电路模型，等效电路内包含串联的欧姆电阻R0和三个RC单元，每个RC单元由并联的电阻和电容组成；确定所述等效电路端电压U与开路电压UOCV的特性关系；S22、获取所述等效电路模型中的欧姆内阻R0与SOC及温度T的关系：确定脉冲放电结束瞬间的电压特性。S222、获取温度T下欧姆内阻R0与SOC的关系S223、获得其它温度下欧姆内阻R0与SOC的关系S23、获取所述等效电路模型中的RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC及温度T的关系；S231、测定脉冲放电结束瞬间后的等效电路的电压U(t)；S232、获取相同温度下RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC的关系。S233、获取其它温度下并联RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC的关系。S3、估计当前温度T和电池运行的时间t下的SOC值，包括S31、简化电压特性方程，S32、对电压特性方程进行求解。其中，步骤S1中，获取一系列温度T下开路电压UOCV与SOC的关系，T的温度范围为-10～50℃，SOC为0.1～0.9范围内的至少9个值。进一步地，将温度T下开路电压UOCV与SOC的关系以五阶多项式表达：UOCV＝a0+a1SOC+a2SOC2+a3SOC3+a4SOC4+a5SOC5其中Uocv表示电池开路电压，a0～a5为多项式系数，且为常数，SOC为电池的荷电状态。可选地，T在低于10℃时每4-8℃获取一组UOCV与SOC的关系，T在10℃以上时每8-12℃获取一组UOCV与SOC的关系。其中，所述步骤S21为：针对三阶等效电路模型，建立电池模型的特性方程：其中，U0为所述欧姆内阻R0两端的电压，U1～U3为所述三个RC单元两端的电压，I为电流；求解式(1)，可得等效电路端电压的表达式为：其中，U1(0)、U2(0)和U3(0)分别为脉冲放电(HPPC)计时开始时，三个RC单元两端的电压初值。步骤S22中，脉冲放电(HPPC)为已有的测试方法，脉冲放电时间、电流等均为已有的规范(例如依据Freedom电池测试手册)。根据图2的结构可知，脉冲放电结束瞬间，电压的变化完全是由欧姆内阻R0产生。因此，欧姆内阻R0采用下式获取：式中，UL为脉冲放电结束的电压突变，I为脉冲放电电流值。其中，所述步骤S22为：根据温度T下，电池在不同SOC下的HPPC实验得到的电压响应曲线，采用式(4)计算得到不同SOC下的欧姆内阻R0和R0-SOC曲线。所述SOC值为0.1～0.9范围内的至少9个数值。对该温度下的R0-SOC曲线进行多项式拟拟合，所述多项式拟合式为：R0＝b0+b1SOC+b2SOC2+b3SOC3+b4SOC4+b5SOC5其中R0表示欧姆内阻，b0～b5为多项式系数，且为常数，SOC为电池的荷电状态。脉冲放电结束瞬间，电流为零，图2所示电路结构为零输入响应，其电压特性方程为：进一步地，所述步骤S231具体为：由图2的电路结构可知，脉冲放电结束瞬间后，欧姆内阻两端的电压变为零，但三个RC单元两端的电压不会变为零。因此式(3)变为：原则上，采用数学软件的非线性拟合工具，可以直接根据式(4)对电压响应曲线拟合，得到三个RC单元的参数值。但是，由于式(4)中存在指数函数，且图2结构中的电容的数值从几十到几百kF不等，因此，采用式(5)直接拟合，难以对拟合过程进行控制，同时由于拟合参数处于分母位置，每次迭代运算，均会引入截断误差。得到的结果稳定性较差。所以，将式(5)可写为：其中，c1～c3和d1～d3为与RC单元参数相关的常数。其中，步骤S231中将脉冲放电结束瞬间后的电压特性方程确定为其中，ts是脉冲放电后静置的时间，c1～c3和d1～d3为与RC单元参数相关的常数。HPPC实验包括先对电池进行脉冲放电，再静置。ts的计时起点为脉冲结束时，即脉冲放电结束后的时间。其中，步骤S232为：根据温度T下，电池在不同SOC下的HPPC实验脉冲放电后静置的电压响应曲线，采用(6)式通过非线性拟合得到不同SOC下的c1～c3和d1～d3值。所述SOC值为0.1～0.9范围内的至少9个数值，再根据下式计算得到不同SOC下的RC单元参数值：根据得到的不同SOC下的Ri和Ci值，对R1-SOC，R2-SOC，R3-SOC，C1-SOC，C2-SOC和C3-SOC的参数表进行三次样条插值，得到加密后的R1-SOC，R2-SOC，R3-SOC，C1-SOC，C2-SOC和C3-SOC的参数表。其中，所述步骤S233具体为，改变温度T，重复S232，获取其它温度下加密后的R1-SOC，R2-SOC，R3-SOC，C1-SOC，C2-SOC和C3-SOC的参数表，建立R1、R2、R3、C1、C2和C3随SOC和温度的二维参数网络进一步地，步骤S32中在计算当前温度T和时间t下的SOC值时不直接采用数学软件的非线性方程求解工具求解等效电路模型得到的高度非线性方程，而采用编写程序的方式求解，包括：i)设定SOC初始值为0.9，计算电池的端电压值U；ii)计算当前t下的电池端电压值U*与U的相对偏差Δ＝|U-U*|/U；iii)若Δ≥0.001,则令SOC值减小0.001，重复i)～ii)；若Δ<0.001,则输出此SOC值，即为当前温度T和时间t下的SOC值。由于已经得到了式(2)Uocv、R0、R1、R2、R3、C1、C2和C3在不同SOC及温度T下的值，因此，步骤S31为：等效电路端电压的表达式写为：对于当前温度T和时间t，则式(8)中的U(t)，U1(0)、U2(0)和U3(0)和I均为已知量，且Uocv、R0、R1、R2、R3、C1、C2和C3只与SOC相关，则式(8)可写作对式(9)进行求解，即可得到当前温度T和时间t下的SOC值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种锂离子电池的SOC估计方法。该方法的原理简单，估计精度高。具体包括：1、本专利技术提供的SOC估计方法对锂离子电池的SOC估计精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，包括步骤:S1、在不同的温度下，获取开路电压UOCV与SOC及温度T的关系，S2、建立等效电路模型，获取模型参数与SOC及温度T的关系，该步骤具体为S21、建立三阶等效电路模型，等效电路内包含串联的欧姆电阻R0和三个RC单元，每个RC单元由并联的电阻和电容组成，确定所述等效电路端电压U与开路电压UOCV的特性关系；S22、获取所述等效电路模型中的欧姆内阻R0与SOC及温度T的关系：确定脉冲放电结束瞬间的电压特性，获取温度T下欧姆内阻R0与SOC的关系；S23、获取所述等效电路模型中的RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC及温度T的关系；S231、测定脉冲放电结束瞬间后的等效电路的电压U(ts)；S232、获取相同温度下RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC的关系；S3、计算当前温度T和电池运行的时间t下的SOC值，包括简化电压特性方程，对电压特性方程进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种基于等效电路的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，包括步骤:S1、在不同的温度下，获取开路电压UOCV与SOC及温度T的关系，S2、建立等效电路模型，获取模型参数与SOC及温度T的关系，该步骤具体为S21、建立三阶等效电路模型，等效电路内包含串联的欧姆电阻R0和三个RC单元，每个RC单元由并联的电阻和电容组成，确定所述等效电路端电压U与开路电压UOCV的特性关系；S22、获取所述等效电路模型中的欧姆内阻R0与SOC及温度T的关系：确定脉冲放电结束瞬间的电压特性，获取温度T下欧姆内阻R0与SOC的关系；S23、获取所述等效电路模型中的RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC及温度T的关系；S231、测定脉冲放电结束瞬间后的等效电路的电压U(ts)；S232、获取相同温度下RC单元参数R1，C1，R2，C2，R3，C3与SOC的关系；S3、计算当前温度T和电池运行的时间t下的SOC值，包括简化电压特性方程，对电压特性方程进行求解。2.根据权利要求1所述的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，步骤S1中，获取一系列温度T下开路电压UOCV与SOC的关系，T的温度范围为-10～50℃，SOC为0.1～0.9范围内的至少9个值。3.根据权利要求2所述的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，将温度T下开路电压UOCV与SOC的关系以五阶多项式表达：UOCV＝a0+a1SOC+a2SOC2+a3SOC3+a4SOC4+a5SOC5其中Uocv表示电池开路电压，a0～a5为多项式系数，且为常数，SOC为电池的荷电状态。4.根据权利要求1所述的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，所述步骤S21为：针对三阶等效电路模型，建立电池模型的特性方程：其中，U0为所述欧姆内阻R0两端的电压，U1～U3为所述三个RC单元两端的电压，I为电流；求解式(1)，可得等效电路端电压的表达式为：其中，U1(0)、U2(0)和U3(0)分别为脉冲放电计时开始时，三个RC单元两端的电压初值。5.根据权利要求1所述的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，所述步骤S22为：根据温度T下，电池在不同SOC下的HPPC实验得到的电压响应曲线，采用式其中，UL为脉冲放电结束的电压突变，I为脉冲放电电流值，计算得到不同SOC下的欧姆内阻R0和R0-SOC曲线。所述SOC值为0.1～0.9范围内的至少9个数值。对该温度下的R0-SOC曲线进行多项式拟拟合，所述多项式拟合式为：R0＝b0+b1SOC+b2SOC2+b3SOC3+b4SOC4+b5SOC5其中R0表示欧姆内阻，b0～b5为多项式系数，且为常数，SOC为电池的荷电状态。6.根据权利要求1所述的锂离子电池SOC估计算法，其特征在于，步骤S231中将脉冲放电结束瞬间后的电压特性方程确定为

【专利技术属性】
技术研发人员：方彦彦，唐玲，云凤玲，栗敬敬，崔义，王琳舒，黄倩，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11