電池電量狀態的計算方法

2023-09-13 07:28:30

專利名稱：電池電量狀態的計算方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車的鋰離子電池電量狀態的計算方法。
背景技術：
電池的電量狀態(soc)—直是電動汽車和電池研究人員共同關注並投入 大量精力研究的課題。混合動力汽車中，soc是整車控制器制定能量控制策 略的重要依據，國內外較普遍地採用了 soc這一電池容量狀態描述參數。一 般soc的定義是為了準確計算電池的容量，即預測電池的剩餘能量。soc
是描述二次電池狀態的一個重要參數，通常把一定溫度下二次電池充電到不
能再吸收電量時的SOC定義為SOC=100%，而將二次電池再不能放出電量 時的電量狀態定義為sooo%，目前動力電池多採用鋰離子電池，雖然鋰離
子二次電池的安全性相對於金屬鋰二次電池有了很大的提高，但仍存在著許
多隱患，例如由於電池的比能量高，且電解液大多為有機易燃物等，當電
池熱量產生速度大於散熱速度時，就有可能出現安全性問題。因此，對鋰離子
電池soc的估算是保證電池安全工作的重要步驟。
針對鋰離子電池，目前有神經網絡法、模糊邏輯法、卡爾曼濾波方法、
基於能量守恆的soc估算等若干種計算soc的方法，但每種方法都存在著
缺陷，如神經網絡法的精度受訓練方法和訓練數據的影響很大；模糊邏輯法 的數據處理量大，對處理器性能要求較高；卡爾曼濾波方法對系統處理器速 度的要求很高，不易廣泛應用；基於能量守恆的SOC估算中沒有考慮環境溫
度和循環次數對電池額定容量的影響，且算法中使用的電動勢是根據開路電
壓和soc曲線擬合經驗方程得到的，存在一定誤差。

發明內容
本發明為解決現有計算soc的方法中存在的受訓練方法和訓練數據的
影響較大、數據處理量較大、對處理器性能要求較高、缺乏對環境溫度和循 環次數影響電池額定容量的考慮、計算結果存在誤差的問題，提出了一種電
池電量狀態的計算方法，本發明由以下步驟實現
步驟一、在t時刻採集當前電動汽車的動力電源系統中電池的開路電壓
3Vt、工作電流It和溫度Tt,根據測得的開路電壓查詢存儲器中預存的開路電 壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始電量值Q。，根據測量值查詢
存儲器中存儲的工作溫度/溫度修正係數對應表，取得修正係數KT; 步驟二、對採集的信號進行模數轉換，並輸入到存儲器中； 步驟三、讀取存儲在存儲器中的循環次數修正參數KM 步驟四、根據靜止時間計數器的讀取值，査詢存儲器中的預存表格確定 自恢復效應結束標記K的值；
步驟五、根據Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若Kfl，則上 次放電結束後已經經過適當的靜止時間，開路電壓已經恢復到穩定值，並以 當前靜止開路電壓對應的初始電量值Qo進行SOC計算；若K^M，則從存 儲器中讀取動力電源系統在上次停止充放電時的荷電量值Q。、進行SOC計 算；
步驟六、將所採集到的相關參數輸入處理器,中，採用公式①計算Qt: Q =《,fArO) + (i — a; )" +《,丄'①
式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；^表示充放電電流對SOC計量 的修正係數；
步驟七、根據計算結果將KL的值更新到存儲器中；
步驟八、將計算結果存儲到存儲器中，時間計數器復位以進行新一次的 靜止時間計時；
步驟九、將SOC計算結果輸出到顯示系統。
有益效果本發明的方法在現有SOC計算方法上進行改進，通過參考電 池的自恢復效應，並利用推導出的公式直接計算電池在t時刻的荷電量，提 高了本方法的計算精度和實用性，並且具有數據處理量小、對處理器性能要 求較低、誤差小的優點。


圖1是實現本發明方法的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖l，本實施方式的方法由以下步驟組成 步驟一、初始化信號採集系統2，在t時刻採集當前電動汽車的動力電 源系統1中電池的開路電壓Vt、工作電流It和溫度Tt，根據測得的開路電壓査詢存儲器3中預存的開路電壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始 電量值Q。，根據測量值查詢存儲器3中存儲的工作溫度/溫度修正係數對應 表，取得修正係數Kt;
步驟二、對採集的信號進行模數轉換，並輸入到存儲器3中；
步驟三、讀取存儲在存儲器3中的循環次數修正參數K^， Kl是対幼力
電源目前已經進行的充放電循環的計數值，由於動力電源系統的循環次數對
其當前性能有重要影響，因此使用該參數對計算結果進行修正；
步驟四、根據靜止時間計數器的讀取值，査詢存儲器3中的預存表格確 定自恢復效應結束標記K的值，Kj直反映了動力電源系統在上次放電過程以 後是否經過足夠的靜止時間，使其實際電量恢復到真實水平，靜止時間計數 器用於記錄動力電源系統本次已經經歷的靜止時間；
步驟五、根據Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若K產1，說明 上次放電結束後已經經過適當的靜止時間，開路電壓已經恢復到穩定值，則 上次放電結束後已經經過適當的靜止時間，開路電壓已經恢復到穩定值，並 以當前靜止開路電壓對應的初始電量值Qo進行SOC計算；若K^tM，則從 存儲器3中讀取動力電源系統1在上次停止充放電時的荷電量值Q(T進行 SOC計算，這是因為目前動力電源系統尚未恢復到真實的電量水平，因此用 上次系統實時記錄值進行計算；
步驟六、將所採集到的相關參數輸入處理器,4中，採用公式①計算Q"
式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；K,表示充放電電流對SOC計量 的修正係數；
步驟七、根據計算結果將Kl的值更新到存儲器3中，為下次計算提供 參考；
步驟八、將計算結果存儲到存儲器3中，時間計數器復位以進行新一次 的靜止時間計時；
步驟九、將SOC計算結果輸出到顯示系統5。
本實施方式的方法保留了開路電壓法和Ah法，並結合直接調用SOC記 錄的方法，提出了一種SOC複合估算方法，該方法包含兩個主要部分電池使用前先預估算電池的初始SOC;電池使用過程中對電池電量做動態計量。 當電池由工作電壓轉為開路電壓時，系統將Qt記錄在非易失性存儲介質中， 作為Qo、，同時由上層的能源總成控制系統記錄當前時間t，。當電池由開路 電壓轉為工作電壓時，能源總成控制系統將上次記錄的時間t，傳送給電池 管理系統，電池管理系統根據當前時間Uw與t。pe之差(稱為靜止時間)，確
定電池自恢復過程是否結束(可先通過試驗建立靜止時間與Kr的對應關係，
做成表存入程序中，程序隨後根據Uw —t。pe的值通過查表得到Kr)，若己結 束則Kr=l，啟動開路電壓法估算電池的初始荷電狀態，即使用式①中等號
右側第一項；若自恢復未結束，則K二0，系統直接從存儲介質中讀取上次 電池停止工作時的Qo、作為初始電量。同樣，本方法中涉及的其它修正係數 Kl和KT都可通過試驗得到，通過試驗獲得充足數據後，使用電動汽車專用 仿真軟體ADVISOR,可以方便的得到這些修正係數。
本方法通過對電動汽車典型放電情況的模擬，以及對隨機產生的放電電 流進行計算和處理，對產生的結果進行精確性檢驗，使用MATLAB進行模 擬實驗。電池的模擬容量為1500mAh的鋰電池，假定在當前剩餘容量為 1000mAh情況下，在1000秒中模擬電動汽車放電情況，充放電流為模擬程 序按電動汽車工作時的典型放電情況隨機生成。考慮到電池自恢復效應之後 的SOC模擬結果和未考慮電池自恢復效應得到的SOC模擬結果的不同是由 於對應的電池放電後，電池電壓自恢復沒有結束，電池電壓未恢復到靜止水 平，開路電壓對應的電池電量將會低於真正水平，此時若未考慮電池的自恢
復效應，就會導致計算出的soc值偏低。使用本實施方式所述的soc算法，
考慮了電池的自恢復效應，得到的模擬結果更接近於真實值。
權利要求
1、電池電量狀態的計算方法，其特徵在於它由以下步驟實現步驟一、在t時刻採集當前電動汽車的動力電源系統(1)中電池的開路電壓Vt、工作電流It和溫度Tt，根據測得的開路電壓查詢存儲器(3)中預存的開路電壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始電量值Q0，根據測量值查詢存儲器(3)中存儲的工作溫度/溫度修正係數對應表，取得修正係數KT；步驟二、對採集的信號進行模數轉換，並輸入到存儲器(3)中；步驟三、讀取存儲在存儲器(3)中的循環次數修正參數KL；步驟四、根據靜止時間計數器的讀取值，查詢存儲器(3)中的預存表格確定自恢復效應結束標記Kr的值；步驟五、根據Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若Kr＝1，則上次放電結束後已經經過適當的靜止時間，開路電壓已經恢復到穩定值，並以當前靜止開路電壓對應的初始電量值Q0進行SOC計算；若Kr≠1，則從存儲器(3)中讀取動力電源系統(1)在上次停止充放電時的荷電量值Q0`進行SOC計算；步驟六、將所採集到的相關參數輸入處理器(4)中，採用公式①計算Qt<![CDATA[ Q t= K L K T K r Q 0+ ( 1 - Kr ) Q 0 + K I K T 0 t I tdt ]]> top= "146" left = "56"/>①式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；KI表示充放電電流對SOC計量的修正係數；步驟七、根據計算結果將KL的值更新到存儲器(3)中；步驟八、將計算結果存儲到存儲器(3)中，時間計數器復位以進行新一次的靜止時間計時；步驟九、將SOC計算結果輸出到顯示系統(5)。
全文摘要
電池電量狀態的計算方法，它涉及一種電動汽車的鋰離子電池電量狀態的計算方法，為解決現有計算SOC的方法中存在的受訓練方法和訓練數據的影響較大、數據處理量較大、對處理器性能要求較高、缺乏對環境溫度和循環次數影響電池額定容量的考慮、計算結果存在誤差的問題。本發明的方法步驟為初始化信號採集系統、採集當前系統參數，對採集的信號進行數模轉換，前後讀取循環技術參數和靜止時間參數，然後選擇初始開路電壓，接著將採集到的相關參數輸入處理器中並進行計算，將計算結果存儲，時間計數器復位，最後將計算結果輸出顯示。本發明的計算精度和實用性高，並且具有數據處理量小、對處理器性能要求較低、誤差小的優點。
文檔編號H01M10/42GK101320079SQ20081006481
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月25日 優先權日2008年6月25日
發明者付忠傳, 侯春燕, 琳 向, 周連科, 剛 崔, 展 張, 超 王, 羅丹彥, 劍 董, 闕子揚 申請人:哈爾濱工業大學