一種SOC在線參數自修正的精確計算方法及裝置與流程
2023-05-10 03:08:01 3
本發明屬於電池容量計算技術領域，具體涉及一種SOC在線參數自修正的精確計算方法及裝置。
背景技術：
隨著傳統能源的消耗和新能源技術的不斷發展，電池作為儲能裝置也越來越被人們所需求。而電池的利用效率和使用安全也越來越被人們所關注。其中，電池的剩餘電量的估算是效率和安全中至關重要的一項技術，得到精確的SOC值可以充分了解每一節電池的工作狀態，進而可以最大化電池的效率和保證電池的安全可靠性能。
現有的技術中存在多種不同電池模型的在線SOC估算的方法，達到的精度也各不相同，實現的難度也有所差異。安時積分法是目前應用的比較普遍的方法，這種方法簡單，在短時間內精度也較高，但是這種方法是開環估計，電池的初始容量不好估算，隨著電池的使用，電池容量也在不斷的衰減，不同溫度下電池的充電容量和放電容量會有所不同，不同溫度下電池總容量也會有所變化，還有長時間的積累誤差，這些都是普通安時積分法避免不掉的弊端。比較常見的方法還包括擴展型卡爾曼濾波算法，加權融合算法、神經網絡法等。
中國申請號為201310515760.1的專利申請文件，公開了一種基於擴展卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC在線估計方法，它首先建立被測鋰離子電池一階RC等效電路的電壓電流關係式和二階RC等效電路的電壓電流關係式；再對被測鋰離子電池進行充放電實驗，建立被測鋰離子電池的卡爾曼濾波初值SOC0的多項式擬合函數；再獲得被測鋰離子電池的卡爾曼濾波初值SOC0和卡爾曼濾波的初始誤差協方差P(0)；然後進行基於擴展卡爾曼濾波的電池SOC估計，實現鋰離子電池的SOC在線估計。這種算法實現的難度比較大，計算複雜，不適用於工程中普遍的應用。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種SOC在線參數自修正的精確計算方法及裝置，用以解決普通安時積分法中對長時間的積分誤差累加及電池電量衰減帶來的電池剩餘電量計算不準確的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種SOC在線參數自修正的精確計算方法，充電SOC計算步驟：規定充電電流為正；在放電截止狀態，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = 0 t i ( τ ) d τ C n + ]]>
其中表示上一輪充電周期的電池容量；
放電SOC計算步驟：規定放電電流為負；在充電截止狀態，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = 0 t i ( τ ) d τ C n - ]]>
其中表示上一輪放電周期的電池容量。
進一步地，充電SOC計算步驟：規定充電電流為正；在放電截止狀態，以上兩輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = C n - 1 + 0 t i ( τ ) d τ C n + C n + ]]>
其中分別表示上兩輪充電周期的電池容量；
放電SOC計算步驟：規定放電電流為負；在充電截止狀態，以上兩輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = C n - 1 - 0 t i ( τ ) d τ C n - C n - ]]>
其中分別表示上兩輪放電周期的電池容量。
進一步地，在每個充電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算；在每個放電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度範圍內，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算。
進一步地，在每個充電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上兩輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算；在每個放電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度範圍內，以上兩輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算。
進一步地，所述溫度範圍分為六個區間：-10℃～0℃、0℃～10℃、10℃～20℃、20℃～40℃、40℃～50℃、50℃～60℃。
本發明還提供一種SOC在線參數自修正的精確計算裝置，包括充電SOC計算模塊：規定充電電流為正；在放電截止狀態，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = 0 t i ( τ ) d τ C n + ]]>
其中表示上一輪充電周期的電池容量；
放電SOC計算模塊：規定放電電流為負；在充電截止狀態，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = 0 t i ( τ ) d τ C n - ]]>
其中表示上一輪放電周期的電池容量。
進一步地，充電SOC計算模塊：規定充電電流為正；在放電截止狀態，以上兩輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = C n - 1 + 0 t i ( τ ) d τ C n + C n + ]]>
其中分別表示上兩輪充電周期的電池容量；
放電SOC計算模塊：規定放電電流為負；在充電截止狀態，以上兩輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = C n - 1 - 0 t i ( τ ) d τ C n - C n - ]]>
其中分別表示上兩輪放電周期的電池容量。
進一步地，包括在每個充電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算的模塊；還包括在每個放電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度範圍內，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算的模塊。
進一步地，包括在每個充電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上兩輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算的模塊；還包括在每個放電截止時刻都記錄此時的溫度，選擇在此溫度範圍內，以上兩輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算的模塊。
進一步地，所述溫度範圍分為六個區間：-10℃～0℃、0℃～10℃、10℃～20℃、20℃～40℃、40℃～50℃、50℃～60℃。
本發明的有益效果是：在每個充電或者放電過程結束時刻，計算本過程的積分得到的電池容量作為下一同溫度區間充電或者放電過程的初值的修正值進行下一輪的計算，每一個周期開始時刻重新整定計算參數，消除了長時間的積分誤差累加及電池因長時間使用而引起的能量衰減帶來的誤差；而且充電和放電過程分開計算，消除電池的充電容量和放電容量不同所帶來的誤差，提升了剩餘電量的計算精度。
附圖說明
圖1是本發明的SOC在線參數自修正的精確計算方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖說明，對本發明進行進一步詳細說明。
如圖1所示為SOC在線參數自修正的精確計算方法流程圖，具體為：
首先控制器與電池包首次連接，採用電壓精度為1mV的專用監測晶片監測電壓值，根據電壓-溫度-容量關係確定SOC初值。因首次上電，系統檢測不到電池此時的容量，故根據電壓-溫度-容量關係給定SOC初值，此初值不需要特別準確，在經過一到兩個充放電周期後經過自學習過程能夠自我修正。規定充電電流為正，放電電流為負。
在每個充電截止時刻重新整定參數，假設第n次達到充電截止或者放電截止狀態記錄下此次充電過程的積分電量值或者放電過程的積分電量值將溫度分為六個範圍區間：-10℃～0℃、0℃～10℃、10℃～20℃、20℃～40℃、40℃～50℃、50℃～60℃。
當達到放電截止狀態時，記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = 0 t i ( τ ) d τ C n + , C n + = t 1 n + t 2 n + i ( τ ) d τ ]]>
其中表示上一輪充電周期的電池容量，和分別表示上一輪充電周期的起始時間和截止時間；
在達到充電截止狀態時，記錄此時的溫度，選擇在此溫度對應的溫度範圍內，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = 1 + 0 t i ( τ ) d τ C n - , C n - = t 1 n - t 2 n - i ( τ ) d τ ]]>
其中表示上一輪放電周期的電池容量，和分別表示上一輪放電周期的起始時間和截止時間。
在上述實施例中，以相同溫度區間的上一周期的放電積分值或者上一相同溫度區間的充電周期的充電積分值作為當前充電周期或者放電周期的初值進行安時積分計算。作為另一種實施方式，可以選擇相同溫度區間的上兩個放電周期的放電積分值或者上兩個相同溫度區間的充電周期的充電積分值作為當前充電周期或者放電周期的初值進行計算。
在放電截止狀態時，以上兩輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = C n - 1 + 0 t i ( τ ) d τ C n + C n + , C n + = t 1 n + t 2 n + i ( τ ) d τ ]]>
其中分別表示上兩輪充電周期的電池容量，和分別表示上一輪充電周期的起始時間和截止時間；
在充電截止狀態時，以上兩輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = 1 + C n - 1 - 0 t i ( τ ) d τ C n - C n - , C n - = t 1 n - t 2 n - i ( τ ) d τ ]]>
其中分別表示上兩輪放電周期的電池容量，和分別表示上一輪放電周期的起始時間和截止時間。
在上述實施例中，將溫度分為六個區間。可將此溫度區間更加細化成更多範圍區間來達到提高電池剩餘電量計算精度的目的。
另外，在對當前充電周期或者放電周期的初值進行安時積分計算時，也可引入一個權重係數，對不同的溫度設置不同的權值係數來進行修正；或者隨著充、放電過程的繼續，隨著時間的變化設置不同的權值係數來進行修正。
本發明還提供一種SOC在線參數自修正的精確計算裝置，包括充電SOC計算模塊：規定充電電流為正；在放電截止狀態，以上一輪充電周期的電池容量作為下一輪充電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 + = 0 t i ( τ ) d τ C n + , C n + = t 1 n + t 2 n + i ( τ ) d τ ]]>
其中表示上一輪充電周期的電池容量，和分別表示上一輪充電周期的起始時間和截止時間；
放電SOC計算模塊：規定放電電流為負；在充電截止狀態，以上一輪放電周期的電池容量作為下一輪放電周期的整定參數進行計算：
<![CDATA[ SOC n + 1 - = 0 t i ( τ ) d τ C n - , C n - = t 1 n - t 2 n - i ( τ ) d τ ]]>
其中表示上一輪放電周期的電池容量，和分別表示上一輪放電周期的起始時間和截止時間。該裝置實際上是基於本發明方法流程的一種計算機解決方案，即一種軟體構架，上述各模塊即為與方法流程相對應的各處理進程或程序。由於對上述方法的介紹已經足夠清楚完整，故對該裝置不再進行詳細描述。