电池荷电状态的SOC估算方法技术

本发明专利技术涉及一种电池荷电状态的SOC估算方法，本电池荷电状态的估算方法包括：将电池对应的OCV‑SOC曲线划分为电压平台区和低压、高压区；其中所述电压平台区使用安时积分法计算SOC；本发明专利技术的考虑电池电压平台区的电压变化小的特性及电池电压采样精度的问题，在电压平台区仅使用安时积分法对SOC进行估计，去除了因平台区的电压变化小及电压采样精度的问题带来的误差；在低压区和高压区，电池电压变化幅度大，宜采用开路电压法与安时积分法结合估计SOC，同时采用冗余辅助模块，在特定的情况下可以进一步提高估算精度。该方法简单有效，在光伏、家庭储能、电动汽车等领域有着良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池荷电状态的估算方法、电池管理系统及SOC估算方法。
技术介绍
电池管理系统(BMS)逐步成为新热点，其中的电池荷电状态(SOC)精确估计十分困难。现有的技术方案有放电试验法、开路电压(OCV)法、安时积分法、神经网络法、卡尔曼滤波法等。由于SOC是一个不能直接测量，是一个状态量，精确的估算十分困难。因此，现有的技术方案可以不同程度的逼近真实值，但也存在着各自的不足：1、放电试验法，只能离线估计而不能在线估计SOC，且测试周期比较长；2、开路电压法，需要电池静置比较长的一段时间，不适用于实时在线的估算；3、安时积分法，不能消除累积误差，且累积误差越来越大，无初值修复能力；加速时电流变化大，积分时间未能做相应的调整；4、神经网络法，估计的精确性依赖于训练数据和训练方法；5、卡尔曼滤波法，估计的精确性依赖于精确的电池模型，模型越精确，模型的复杂度也指数级提升，提高计算周期，不利于实际应用。6、开路电压法与安时积分法结合，现有的技术方案中，根据开路电压曲线消除积分累积误差，但存在以下两个问题：a、未考虑开路电压曲线中的平台区电池电压变化小；b、未考虑检测精度与平台区电压变化的比例关系。而在电池电压平台区使用开路电压法带来的误差远远超过安时积分法的累积误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电池荷电状态的估算方法及估算装置，克服了在电池电压平台区，由于电压变化小的特性及电池电压采样精度问题，造成的误差。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电池荷电状态的估算方法，包括：将电池对应的OCV-SOC曲线划分为电压平台区和低压、高压区；其中所述电压平台区使用安时积分法计算SOC。进一步，在电压平台区使用安时积分法计算SOC的方法包括：设采集电流为I，且充电为正，放电为负；SOC的初值为SOCimit，使用安时积分法，即计算SOC，将公式(1)离散化，前一次的SOC累积值为SOC1，采样时间为Δt，待获取的累计值记为SOC，得到公式(2)，即：SOC＝SOC1+I*Δt(2)；对公式(2)进一步形变，即设第k次电流采样时，采样电流Ik+1，经过安时积分的时间步长Δt后，第k+1次采样，采样电流为Ik+1，k≥0，则公式(2)修正为公式(3)如下：进一步，所述低压、高压区均采用开路电压法与安时积分法结合以估计SOC。第二方面，本专利技术还提供了一种电池荷电状态的估算装置，包括：检测电池状态的BMS主模块和冗余辅助模块；其中通过电流采样信号触发BMS主模块，以将SOC值发送至冗余辅助模块进行安时积分计算SOC。进一步，所述BMS主模块和冗余辅助模块均采用安时积分法计算SOC。进一步，通过安时积分法计算SOC，即设采集电流为I，且充电为正，放电为负；SOC的初值为SOCimit，使用安时积分法，即计算SOC，将公式(1)离散化，前一次的SOC累积值为SOC1，采样时间为Δt，待获取的累计值记为SOC，得到公式(2)，即：SOC＝SOC1+I*Δt(2)；对公式(2)进一步形变，即设第k次电流采样时，采样电流Ik+1，经过安时积分的时间步长Δt后，第k+1次采样，采样电流为Ik+1，k≥0，则公式(2)修正为公式(3)如下：并且，BMS主模块对应的安时积分的时间步长Δt1大于冗余辅助模块对应的安时积分的时间步长Δt2。第三方面，本专利技术还提供了一种电动汽车用电池管理系统，包括：所述的估算装置，以及当油门/刹车的开度变化速度超过预设阈值时，电流采样信号发生变化，以触发BMS主模块将SOC值发送至冗余辅助模块进行安时积分计算SOC。第四方面，本专利技术还提供了一种用于电池管理系统的SOC估算方法，包括如下步骤：步骤S1，上电，获取上次下电的时间t1，读取本次上电时间t2，计算时间差t＝t2-t1；步骤S2，若时间差t大于时间阈值1h，则执行步骤S3，否则执行步骤S4；步骤S3，当判定电池静置了足够长的时间后，进行OCV-SOC校正：以及将SOC初值与OCV-SOC曲线比较，若处于平台区，则进入步骤S4；否则进入步骤S5；步骤S4，将当前SOC作为SOC初值，进入步骤S6；步骤S5，根据获取到的电压，首先判断是否达到设定的电压上下极限：若到达电压上限，则将SOC值赋为100，若到到达电压下限，则将SOC值赋为0；否则根据电压范围，若处于高压区时，通过高压区拟合关系式计算SOC；若处于低压区时，通过低压区拟合关系式计算SOC，进入步骤S6；步骤S6，判断冗余辅助模块是否开启；步骤S7，若冗余辅助模块开启，则将主模块的SOC值发送到冗余辅助模块，作为冗余辅助模块中安时积分算法的SOC初值；步骤S8，若冗余辅助模块未开启，则获取电池电流值，并判断电流是否长时间处于足够小的状态，接近静置或处于静置状态：当电流不满足此条件时，根据安时积分法计算SOC；当电流满足此条件时，返回步骤S3。进一步，所述冗余辅助模块开启的条件，即根据油门/刹车的开度变化速度，开启/关闭冗余辅助模块估算SOC；当油门/刹车的开度变化速度超过预设阈值时，开启冗余辅助模块供电电源，启动冗余辅助模块估算SOC；以及当油门/刹车的开度变化速度未超过预设阈值时，关闭冗余辅助模块供电电源，降低功耗，并由BMS主模块估算SOC。进一步，所述高压区拟合关系式为：y＝a1*X4+a2*X3+a3*X2+a4*X+a5；所述低压区拟合关系式为：y＝b1*X4+b2*X3+b3*X2+b4*X+b5；其中，a1、a2、a3、a4和a5；b1、b2、b3、b4和b5均为拟合系数，两拟合关系式中x为单体电压值，y为OCV-SOC曲线中对应的SOC值；以及所述BMS主模块和冗余辅助模块均采用安时积分法计算SOC，其中通过安时积分法计算SOC，即设采集电流为I，且充电为正，放电为负；SOC的初值为SOCimit，使用安时积分法，即计算SOC，将公式(1)离散化，前一次的SOC累积值为SOC1，采样时间为Δt，待获取的累计值记为SOC，得到公式(2)，即：SOC＝SOC1+I*Δt(2)；对公式(2)进一步形变，即设第k次电流采样时，采样电流Ik+1，经过安时积分的时间步长Δt后，第k+1次采样，采样电流为Ik+1，k≥0，则公式(2)修正为公式(3)如下：并且，BMS主模块对应的安时积分的时间步长Δt1大于冗余辅助模块对应的安时积分的时间步长Δt2。本专利技术的有益效果是，本专利技术的考虑电池电压平台区的电压变化小的特性及电池电压采样精度的问题，在电压平台区仅使用安时积分法对SOC进行估计，去除了因平台区的电压变化小及电压采样精度的问题带来的误差；在低压区和高压区，电池电压变化幅度大，宜采用开路电压法与安时积分法结合估计SOC，同时采用冗余辅助模块，在特定的情况下可以进一步提高估算精度。该方法简单有效，在光伏、家庭储能、电动汽车等领域有着良好的应用前景。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为锂电池的OCV-SOC曲线；图2为电池管理系统冗余辅助模块的原理框图；图3为电池管理系统冗余辅助模块的流程图；图4为电池管理系统中关于SOC估算的流程图；图5a和图5b分别是锂电池高压区和低压区拟合曲线；图6为测试对比曲线。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池荷电状态的估算方法，其特征在于，包括：将电池对应的OCV‑SOC曲线划分为电压平台区和低压、高压区；其中所述电压平台区使用安时积分法计算SOC。

【技术特征摘要】
1.一种电池荷电状态的估算方法，其特征在于，包括：将电池对应的OCV-SOC曲线划分为电压平台区和低压、高压区；其中所述电压平台区使用安时积分法计算SOC。2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，在电压平台区使用安时积分法计算SOC的方法包括：设采集电流为I，且充电为正，放电为负；SOC的初值为SOCimit，使用安时积分法，即SOC=SOCimit+∫t1t2Idt---(1);]]>计算SOC，将公式(1)离散化，前一次的SOC累积值为SOC1，采样时间为Δt，待获取的累计值记为SOC，得到公式(2)，即：SOC＝SOC1+I*Δt(2)；对公式(2)进一步形变，即设第k次电流采样时，采样电流Ik+1，经过安时积分的时间步长Δt后，第k+1次采样，采样电流为Ik+1，k≥0，则公式(2)修正为公式(3)如下：SOC=SOC1+(Ik+1+Ik)Δt2---(3).]]>3.根据权利要求2所述的估算方法，其特征在于，所述低压、高压区均采用开路电压法与安时积分法结合以估计SOC。4.一种电池荷电状态的估算装置，其特征在于，包括：检测电池状态的BMS主模块和冗余辅助模块；其中通过电流采样信号触发BMS主模块，以将SOC值发送至冗余辅助模块进行安时积分计算SOC。5.根据权利要求4所述的估算装置，其特征在于，所述BMS主模块和冗余辅助模块均采用安时积分法计算SOC。6.根据权利要求5所述的估算装置，其特征在于，通过安时积分法计算SOC，即设采集电流为I，且充电为正，放电为负；SOC的初值为SOCimit，使用安时积分法，即SOC=SOCimit+∫t1t2Idt---(1);]]>计算SOC，将公式(1)离散化，前一次的SOC累积值为SOC1，采样时间为Δt，待获取的累计值记为SOC，得到公式(2)，即：SOC＝SOC1+I*Δt(2)；对公式(2)进一步形变，即设第k次电流采样时，采样电流Ik+1，经过安时积分的时间步长Δt后，第k+1次采样，采样电流为Ik+1，k≥0，则公式(2)修正为公式(3)如下：SOC=SOC1+(Ik+1+Ik)Δt2---(3);]]>并且，BMS主模块对应的安时积分的时间步长Δt1大于冗余辅助模块对应的安时积分的时间步长Δt2。7.一种电动汽车用电池管理系统，其特征在于，包括：权利要求4至6任一项所述的估算装置，以及当油门/刹车的开度变化速度超过预设阈值时，电流采样信号发生变化，以触发BMS主模块将SOC值发送至冗余辅助模块进行安时积分计算SOC。8.一种用于电池管理系统的SOC估算方法，包括如下步骤：步骤S1，上电，获取上次下电的时间t1，读取本次上电时间t2，计算时间差t＝t2-t1；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘礼亚，仲启端，姚宁，张玉江，樊明迪，李平，
申请(专利权)人：新誉集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32