一種充電過程中校準鋰電池組SOC的方法與流程
2023-04-28 18:46:36
本發明涉及鋰電池soc的校準方法，特別是用於純電動車的鋰電池組在充電過程中校準soc的方法。
背景技術：
下面的背景技術用於幫助讀者理解本發明，而不能被認為是現有技術。
近年來，鋰電池以及鋰電池組以其高能量密度、環保性等優勢逐漸成為電動汽車的主流動力來源。鋰電池以及鋰電池組的荷電狀態(state-of-charge，soc)是電動汽車的一項關鍵參數。soc的準確估計可以發揮鋰電池組的最大性能，並且準確預估電動汽車的剩餘裡程。
當前鋰電池soc估計有開路電壓法、安時積分法、卡爾曼等先進濾波法、神經網絡等方法。其中開路電壓法需要在靜置長時間後，根據soc與開路電壓的對應關係得到鋰電池當前的soc，但是不適用於電動汽車在行駛或者充電過程中的soc估計。卡爾曼等先進濾波算法以及神經網絡法算法複雜，這些算法常常因為佔用電池管理系統(bms)計算資源過多、耗時過長等原因而不在電動汽車運行過程中使用。而安時積分法算法簡單，計算迅速，目前常用於bms對鋰電池的soc估計中。但是安時積分法存在的初值問題以及累計誤差等問題需要解決，同時鋰電池在不同溫度下的性能差異很大，因此在安時積分法實際使用過程中需要對其進行溫度以及初值進行修正，以提高鋰電池soc估計的精度。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足提出了一種在充電過程中對soc校準的方法，具體是在充電過程中，由電池管理系統依據當前環境溫度等參數對soc估計的關鍵參數進行校準，以提高電池組soc估計的精度。
本發明的在充電過程校準鋰電池soc的方法，主要在電池實際使用前，對其容量與溫度之間的關係進行測量與擬合，並且在充電前依據靜置時間，對soc的初值進行校準，在充電過程中通過bms測量的電池溫度，設定修正後的電池參數，以提升安時積分法估算鋰電池soc的準確性。
具體來說，本發明的一種校準充電過程中鋰電池組soc的方法，用於計算充電過程中鋰電池組的soc值，其中，具體步驟如下：
s1.鋰電池組在開始使用前，對其容量與溫度之間的關係進行測量與擬合，建立電池組的容量-溫度模型，得出容量溫度補償係數λc；
s2.判斷鋰電池組處於充電過程或放電過程；
s3.鋰電池組處於充電過程中，先通過電池管理系統判斷鋰電池組上次工作後的靜置時間，若靜置時間≥3小時，通過開路電壓對鋰電池組soc初值soc(0)進行校準；若靜置時間＜3小時，則不校準，soc初值soc(0)為上次電池組使用結束時soc估計的末值；
s4.再通過電池管理系統測量鋰電池組的平均溫度，結合步驟s1的容量溫度補償係數λc對鋰電池組容量進行修正，得到ct；
s5.將soc初值soc(0)和修正後的鋰電池組容量ct代入安時積分法計算鋰電池組soc：具體公式：
其中，式中i(t)是t時刻鋰電池組的測量電流；η為庫倫效率，通常取η＝1；
soc(t)是t時刻的瞬時荷電狀態。
一些實施方式中，根據步驟s2，若電池組處於放電過程中，依據安時積分法估算鋰電池組soc
一些優選的實施方式中，步驟s1中根據容量-溫度模型得出λc的計算公式：λc＝ct/c0＝at2+bt+c，
其中，λc是容量溫度補償係數；ct為t溫度下的鋰電池組容量；c0為20℃時的電池組標稱容量；a,b,c是擬合模型的常數，測量不同溫度下電池組容量值，然後進行二次多項式擬合，得到a，b，c的值。
另一些優選的實施方式中，步驟s4中ct＝λcc0。其中,c0為20℃時的電池組標稱容量。
一些實施方式中，步驟s1中通過對不同溫度下鋰電池組容量進行測量並多項式擬合，獲取不同溫度下鋰電池組容量，建立鋰電池組的容量-溫度模型；所述對不同溫度的設定及容量測量在恆溫箱中進行。
一些實施方式中，步驟s3中通過bms與充電機進行通信判斷鋰電池組是充電過程或放電過程；或者測量一段時間內的電流值是否變化判斷是否鋰電池組是充電過程或放電過程。
有益效果
該發明的有益效果體現在：
1、通過實際測量不同溫度點下的電池容量，並進行擬合，可以得到全溫度區間下鋰電池組容量參數與溫度之間的關係。
2、通過對不同溫度下容量進行修正，採用傳統的安時積分法估計soc可獲得更高的精度，並且算法簡單易實現，便於工程應用。
3、在充電前，依據電池組靜置時間對電池組soc初值進行校準，解決安時積分法初值誤差問題。
附圖說明
圖1為本發明鋰電池組充電過程中的soc校準及計算流程圖；
圖2為鋰電池組容量與溫度擬合關係圖。
具體實施方式
下面對本發明涉及的結構或這些所使用的技術術語做進一步的說明。在下面的詳細描述中，圖例附帶的參考文字是這裡的一個部分，它以舉例說明本發明可能實行的特定具體方案的方式來說明。我們並不排除本發明還可以實行其它的具體方案和在不違背本發明的使用範圍的情況下改變本發明的結構。
圖1中顯示了鋰電池組充電過程中的soc校準及計算流程圖。首先，判斷鋰電池組是否處於充電過程中，如果不是充電過程中，而是處於放電過程，則直接通過安時積分法計算鋰電池組的soc。如果是充電過程，則繼續通過bms判斷鋰電池組的靜置時間，若靜置時間大於或等於3小時，則進行soc處置校準，即通過開路電壓對鋰電池組soc初值進行校準；如果靜置時間小於3小時，則不進行校準，soc初值就是上次使用的估算出的soc末值。然後，bms測量在充電過程中的鋰電池組平均溫度，通過之前已經擬合好的容量和溫度模型來對鋰電池進行容量校準；最後，將soc初值和修正校準後的容量代入安時積分法進行soc的計算，得出當前時間的soc值。
一些實施例中，判斷鋰電池或鋰電池組是否處於充電過程中，可以通過bms與充電機進行通信判斷鋰電池組是充電過程或放電過程；也可以測量一段時間內的電流值是否變化判斷是否鋰電池是充電過程或放電過程。當通過電流值來判斷時，電流值在一段時間內保持不變，則為充電過程，否則為放電過程。
如圖2所示，首先在恆溫箱中對不同溫度下鋰電池組容量進行測量並多項式擬合，獲取不同溫度下鋰電池容量情況，建立電池組的容量-溫度模型。更為具體的,採用二次多項式來進行擬合,其擬合模型如下：
λc＝ct/c0＝at2+bt+c
上式中，λc是容量溫度補償係數；ct為t溫度下的鋰電池容量；c0為20℃時的電池標稱容量；a,b,c是擬合模型的常數，測量不同溫度下電池組容量值，然後進行二次多項式擬合，得到a，b，c的值。用於擬合容量-溫度模型的鋰電池組的鋰電池可以是初次使用的，也可以是實際在使用的，也就是說，鋰電池是初次使用還是已經使用過的在擬合模型時對容量和溫度的關係曲線沒有影響。
當鋰電池組在放電過程中，則直接採用安時積分法估計電池組soc。
當鋰電池組在充電過程中，在充電前首先bms判斷上次工作後的靜置時間，若靜置時間≥3小時，則認為電池靜置已經完全，可認為電池組的端電壓即為其開路電壓，因此通過開路電壓對鋰電池組soc初值進行校準。若靜置時間＜3小時，則不校準，soc初值為上次電池工作結束時的soc末值。在soc估計過程中，安時積分法通過soc初值以及電流對時間的積分來估計電池當前的soc，其原理如下：
式中soc(0)為soc初值；i(t)是t時刻鋰電池的測量電流；η為庫倫效率，通常取η＝1；soc(t)是t時刻的瞬時荷電狀態。
電池管理系統依據測得的當前電池組平均溫度，結合上述擬合的容量-溫度模型，獲取容量溫度補償係數λc對電池組容量進行修正，並且在充電過程中依據安時積分法對電池組的soc進行估計。
在本方法中電池管理系統通過對安時積分法中的關鍵參數soc初值以及電池組容量進行了修正，因此可獲得較高的soc估計精度。