基于电池特性的动态矫正剩余电量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动力电池的剩余电量相关技术领域，具体地说是一种基于电池特性的 动态矫正剩余电量的方法。本发明适用于需要使用动力电池的纯电动车和混合动力电动 车。本发明的关键字：SOC估算，安时积分法，电池管理系统，电池特性。
【背景技术】
[0002] 随着社会的不断发展，环境问题已经受到越来越多的关注，而汽车尾气的排放已 经成为影响环境的主要因素之一，另外考虑到石油的不可再生性以及汽车保有量的持续增 加，因此寻找一种清洁的石油代替能源是解决以上问题的唯一途径，电动汽车应运而生。
[0003] 电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS)技术是电动汽车技术的关键技 术之一，在电池管理系统的功能中，准确估算电池的剩余电量（StateOfChargeS0C)是目 前国内外电池管理系统要实现的一个重要功能之一，由于它受多种因素的影响，使得研究 提高SOC精度的方法成为业内研究的一个热点和难点。
[0004] 目前比较常用的SOC计算方法有基于电流积分的安时积分法、基于电池端电压测 量的开路电压法和电动势法，基于大量样本数据和神经网络模型的神经网络法，以及基于 电池状态空间模型和递推方程的Kalman滤波方法等。单纯的安时积分法实际是一种开环 预测方法，其优点在于实现简单，其缺点为由于传感器采样精度以及采样周期的影响，会产 生很大的累计估计误差，如果长时间采用此方法进行SOC计算，而并不加以修正，累计误差 会达到50%以上，因此安时积分法需要与其他方法结合使用；而开路电压法需要事先对电 池进行静置处理，因此此方法仅适用于电池包的实验测量，并不适合电动汽车实时的SOC 计算要求；电动势法以及Kalman (卡尔曼滤波)滤波方法均依赖于精确的电池模型，模型的 准确程度直接影响SOC的计算，但由于动力电池本身是一个非线性复杂时变系统，准确估 计其模型几乎是不可实现的，因此单纯的电动势法以及Kalman滤波方法在工程上是不可 行的；另外Kalman滤波的计算复杂性也是需要考虑的问题；基于以上分析，我们有必要提 出一种适合工程的合理且准确的SOC计算方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于电池特性的动态矫正剩余电量的方法。该方法将目 前工程较为常用的安时积分法与电动势法相结合，相互取长补短，并结合电池试验数据得 到的电池特性，提出根据不同状态下，电池表现出来的特性，利用加权因子的方法来权衡安 时积分法和电动势方法的结合程度，对实时计算的SOC进行动态调整，从而达到准确计算 SOC的方法。
[0006] 本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种基于电池特性的动态矫正剩 余电量的方法，它包括带有电流采集单元、温度采集单元及高压采集单元的动力电池，电池 特性数据存储单元，其特征在于：电流采集单元输出端分别与电动势计算单元、安时积分 法SOC计算单元和修正因子计算单元输入端连接，高压采集单元输出端分别与电动势计算 单元及安时积分法SOC计算单元连接，温度采集单元输出端与修正因子计算单元输入端连 接，修正因子计算单元输出端与安时积分法SOC计算单元连接；所述动力电池参数辨识单 元输出端通过电动势计算单元与电动势法SOC计算单元输入端连接；电池特性数据存储单 元输出端分别与电动势法SOC计算单元输入端及通过权值计算单元与SOC计算单元输入端 连接；安时积分法SOC计算单元及电动势法SOC计算单元的输出端与SOC计算单元输入端 连接，SOC计算单元输出端直接与车载仪表中的SOC显示单元相连接。
[0007] 为了使本发明更准确，则电池特性数据存储单元输出端分别与修正因子计算单元 输入端及通过电池健康度计算单元再与修正因子计算单元输入端连接。
[0008] 动力电池：动力电池为新能源汽车的主要动力来源，其相当于传统机动车的油箱。
[0009] 电流采集单元：在机动车运行时，实时采集动力电池输出的电流信号； 温度采集单元：在机动车运行时，实时采集动力电池不同采样点的温度信号； 高压采集单元：在机动车运行时，实时采集动力电池的总的高压信号； 动力电池参数辨识单元：此单元根据动力电池的电气模型进行参数辨识。首先建立需 要辨识的动力电池电气模型，此模型为开路电压F(f)，电动势以及动力电池电流:||陰： 之间的函数关系；S0C，电动势獲Il以及动力电池温度r的函数关系&如下公式所示：
通过对以上动力电池电气模型进行推导得到：r + -F卜厂V - 二'一UQxc(3) 其中参数:1? 即为需要动力电池参数辨识单元辨识的参数； 电动势计算单元：此计算单元根据动力电池参数辨识单元得到的动力电池模型以及高 压采集单元得到的电池总高压和电流采集单元得到的电流信号进行动力电池电动势计算。 具体计算如公式（3)。
[0010] 电池特性数据存储单元：此单元存储动力电池的特性参数，此部分参数由动力电 池商家提供； 电动势法SOC计算单元：由于电动势与SOC存在一定关系，而此关系一般由动力电池商 家提供，因此依据电池特性数据存储单元提供的电池特性参数以及电动势计算单元实时计 算的电动势，得到当前的SOC值； 电池健康度计算单元：电池的健康状态与电池的使用时间有关，此数据可以从供应商 处获得，此单元根据电池的使用时间以及供应商提供的数据得到当前电池的健康状态； 修正因子计算单元：此单元根据动力电池的温度，电流，动力电池供应商提供的电池特 性数据，以及电池的健康状态得到安时积分三个修正因子分别代表温度修正系数，放电倍 率修正系数以及电池健康度系数； 安时积分法SOC计算单元：此单元根据动力电池的电流采集单元采集的实时电流以及 收集了动力电池温度，电流，以及健康状态的修正因子I计算单元计算得到： _齡::€:_;:'〒:纖義_! _}⑷ 权值计算单元：权值计算单元根据新能源汽车所处的工况，并结合电池特性数据进行 权值计算。
[0011] SOC计算单兀：此单兀将安时积分法与电动势方法相结合，取长补短，利用安时法 在短时间内精度较高的优点，利用电池的电气模型对其累积误差进行修正，克服其发散的 缺点，从而得到适用于工程的较为精确地SOC计算方法，如下公式描述： __.':_|義__:_:____圍；:(5) 式中为利用电动势法估算的时刻的值，華:__为利用安时积分法估算的I时 刻的SGC值。W为加权因子，其取值范围为
[0012] SOC显示单元：此单元将最终计算的SOC值显示出来，以让驾驶员时刻了解新能源 汽车的剩余电量情况。
[0013] 本发明具有以下特点：1、本发明将目前工程较为常用的安时积分法与电动势法相 结合，利用加权因子的方法来权衡安时积分法和电动势方法的结合程度，对实时计算的SOC 进行动态调整，从而达到准确计算SOC的方法。
[0014] 2、将两种方法相结合，取长补短，利用安时法在短时间内精度较高的优点，利用电 池的电气模型对其累积误差进行修正，克服其发散的缺点，从而得到适用于工程的较为精 确地SOC计算方法。
[0015] 3、本发明提出一套依据电池特性以及新能源汽车所处工况来确定加权因子的方 法，加权因子会随着新能源汽车所处的不同工况，进行实时调整，从而有效发挥两种SOC算 法的长处，保证SOC计算方法的准确性。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 图1为本发明的结构原理方框图； 图2为本发明所用电池的电气模型结构简图； 图3为本发明三元电池特性试验不同循环次数下的内阻曲线图； 图4为本发明三元电池特性试验的不同循