基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法技术

本发明专利技术公开了基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，通过对锂电池的等效电路模型进行简化和离散，分析得到锂电池的端电压与锂电池的电流、滤波后的等效电流、电芯参数之间的对应关系，并利用该对应关系计算锂电池剩余电量为边界值时的端电压；实时采集锂电池组中的单体电压；将电池剩余电量为边界值时的端电压与实时采集的锂电池组中的单体电压进行比较，以对电池剩余电量S0C值进行校准。本发明专利技术解决了混合动力汽车的电池剩余电量SOC长期无法校准导致误差大的问题。

SOC calibration method of heavy hybrid electric vehicle based on equivalent circuit model of lithium battery

【技术实现步骤摘要】
基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法
本专利技术涉及新能源汽车电池管理
，尤其是基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法。
技术介绍
电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)作为电动汽车的核心部件之一，一直是电动汽车研发的重点。混合动力汽车比传统燃油车更环保，也解决了纯电动汽车续航里程不足、充电时间长的问题。当前氢燃料汽车、插电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车等混合动力汽车都是以锂电池作为媒介来进行能量储存与分配，以达到节能和降低油耗的效果，所以混合动力汽车对锂电池的电池剩余电量SOC的精度要求非常高。与纯电动汽车相比，重度混合动力汽车具有电池容量小和工作时间长的特点，这也导致了传统的安时积分算法在混动工况下误差大，静态开路电压法在混动工况下无法触发的情况。由于电池剩余电量SOC是整车控制策略最重要的依据，SOC计算的精度直接影响到整车能耗、锂电池寿命、驾驶体验。目前，电池管理系统BMS中普遍以安时积分法、静态开路电压法、卡尔曼滤波算法来修正当前锂电池的电池剩余电量SOC。安时积分法是通过对充电和放电过程的电流进行积分再除以总容量从而得到电池对应的SOC值。但该方法存在一些缺点：(1)安时积分算法的准确性依赖于电流传感器的精度，混动工况下长时间工作后，电流传感器存在系统误差，导致SOC值出现比较大的偏差。(2)由于锂电池存在自放电现象，而安时积分算法是没有考虑到该情况，长时间的纯安时积分算法必然会导致SOC值出现虚高情况。(3)安时积分算法的准确性与电池的总容量息息相关，混合动力汽车电池小容量特性更容易导致出现较大偏差。开路电压法是在电池的充放电结束且电压特性稳定后，根据此时电池的开路电压与OCV-SOC关系对应表来确定当前的SOC值，该方法通过电压校准的方法能够得到有效的SOC值。但该方法也有一些缺点：(1)由于混动工况下长时间工作的特性，导致充分静置进行OCV校准的概率比较少。(2)针对磷酸铁锂电池存在平台期的情况，在30％至90％区间内的电压变化幅度很小，当前BMS的电压采集精度一般为5mv，用OCV校准的方案会出现极大的误差。卡尔曼滤波算法是通过锂电池等效电路模型结合最小二乘估计，通过电池的电压和电流的变化估计SOC值。但该方法也有一些缺点：(1)对锂电池的参数依赖非常严重。(2)当参数与实际电池特性存在差异时会出现计算发散的情况。(3)实现过程较为复杂。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，解决了混合动力汽车的电池剩余电量SOC长期无法校准导致误差大的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，锂电池的等效电路模型中包括：内电源、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；第一极化内阻Rp1与第一极化电容Cp1并联构成锂电池的第一阻容电路，第二极化内阻Rp2与第二极化电容Cp2并联构成锂电池的第二阻容电路；内阻R0、第一阻容电路、第二阻容电路依次串联在电源的正极上；内电源两端的端电压即为锂电池的静态开路电压VOCV；整个锂电池两端的端电压为V；第一阻容电路两端的端电压为Vp1；第二阻容电路两端的端电压为Vp2；锂电池两端的端电压为V；锂电池的电流为i；包括以下步骤：S1，根据锂电池的等效电路模型，分析得到锂电池的端电压V与锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系；即，锂电池的端电压V的值可根据锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV进行计算，V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，f为对应的关系函数；S2，确定混合动力汽车进行动力切换的电池剩余电量的边界值，其中，纯电动力系统进入燃油动力系统的电池剩余电量的边界值为SOC1，燃油动力系统进入纯电动力系统的电池剩余电量的边界值为SOC2；S3，在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；S4，混合动力汽车在运行过程中，实时采集锂电池组的当前温度、当前电流，并实时采集锂电池组中每个单体锂电池的单体电压，得到锂电池组中的最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；单体锂电池的单体电压即为该单体锂电池两端的端电压V；S5，根据步骤S3的测试结果，以及根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前温度，获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；S6，根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC1时的端电压V1；根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC2时的端电压V2；S7，若锂电池在放电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最低单体电压Vmin是否小于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO1时的端电压V1；若最低单体电压Vmin在连续的n秒内均为小于V1，则将当前锂电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，锂电池的等效电路模型中包括：内电源、内阻R

【技术特征摘要】
1.基于锂电池等效电路模型的重度混合动力汽车SOC校准方法，锂电池的等效电路模型中包括：内电源、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；第一极化内阻Rp1与第一极化电容Cp1并联构成锂电池的第一阻容电路，第二极化内阻Rp2与第二极化电容Cp2并联构成锂电池的第二阻容电路；内阻R0、第一阻容电路、第二阻容电路依次串联在电源的正极上；内电源两端的端电压即为锂电池的静态开路电压VOCV；整个锂电池两端的端电压为V；第一阻容电路两端的端电压为Vp1；第二阻容电路两端的端电压为Vp2；锂电池两端的端电压为V；锂电池的电流为i；
其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据锂电池的等效电路模型，分析得到锂电池的端电压V与锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系；即，锂电池的端电压V的值可根据锂电池的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV进行计算，V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，f为对应的关系函数；
S2，确定混合动力汽车进行动力切换的电池剩余电量的边界值，其中，纯电动力系统进入燃油动力系统的电池剩余电量的边界值为SOC1，燃油动力系统进入纯电动力系统的电池剩余电量的边界值为SOC2；
S3，在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；在不同温度下，测试得到锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
S4，混合动力汽车在运行过程中，实时采集锂电池组的当前温度、当前电流，并实时采集锂电池组中每个单体锂电池的单体电压，得到锂电池组中的最高单体电压Vmax和最低单体电压Vmin；单体锂电池的单体电压即为该单体锂电池两端的端电压V；
S5，根据步骤S3的测试结果，以及根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前温度，获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；获取当前温度下，锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2；
S6，根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC1时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC1时的端电压V1；
根据步骤S4实时采集的锂电池组的当前电流，根据步骤S5获取的当前温度下锂电池的电池剩余电量为SOC2时的静态开路电压VOCV、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2，以及根据步骤S1中分析得到的锂电池两端的端电压V与锂电池的等效电路中的电流i、内阻R0、第一极化内阻Rp1、第二极化电阻Rp2、第一极化电容Cp1、第二极化电容Cp2、锂电池的静态开路电压VOCV之间的对应关系，即V＝f(i,VOCV,R0,Rp1,Rp2,Cp1,Cp2)，计算出锂电池的电池剩余电量为SOC2时的端电压V2；
S7，若锂电池在放电过程中，则每间隔1秒，判断步骤S4中实时采集的最低单体电压Vmin是否小于步骤S6中计算出的锂电池的电池剩余电量为SCO1时的端电压V1；
若最低单体电压Vmin在连续的n秒内均为小于V1，则将当前锂电池的电池剩余电量SOC值向边界值SOC1方向进行校准，且校准的步长为Y；
S8，若锂电池在充电过程中，则每间隔1秒，判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：康义，王翰超，王云，尹坤，孙艳，刘欢，沈永柏，
申请(专利权)人：安徽力高新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34