磷酸铁锂动力电池组soc的估算方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车电源设备技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法。
【【背景技术】】
[0002]为了应对能源危机，减缓全球气候变暖，许多国家都开始重视节能减排和发展低碳经济。电动汽车因为采用电力驱动，可以降低二氧化碳的排放量甚至实现零排放，所以得到各国的重视而迅速发展。但是电池成本仍然较高，动力电池的性能和价格是电动汽车的主要“瓶颈”。磷酸铁锂电池因其寿命长、安全性能好，成本低等优点而成为电动汽车的理想动力源。
[0003]随着电动汽车的发展，电池管理系统(BMS)也得到广泛应用，为了充分发挥电池系统的动力性能，提高其使用的安全性，防止电池过充和过放，延长电池的使用寿命、优化驾驶和提高电动汽车的使用性能，BMS系统就要对电池的荷电状态即S0C(State OfCharge)进行准确估算。SOC是用来描述电池使用过程中可充入或放出容量的重要参数。电池的SOC和很多因素相关，如温度，前一时刻充放电状况，极化效应，电池寿命等，而且具有很强的非线性，因此，SOC实时在线估算一般很不准确。
[0004]目前电池SOC的估算方法有:开路电压法、安时积分法、内阻法、人工神经网络法、卡曼滤波法等。开路电压法由于要预计开路电压，因此需要长时间静置电池组，不适合电动汽车的实时在线检测；内阻法存在估算内阻的困难，在硬件上也难以实现；人工神经网络法和卡尔曼滤波法则由于系统设置复杂，而且在电池管理系统中应用成本很高，不具备优势；因此，相对于开路电压法，内阻法，神经网络法和卡尔曼滤波法，安时积分法由于简单有效而被常常采用。但是，电动汽车在不同时刻的放电电流波动很大，且在实际使用过程中，也不可能实现间隔极短的时间不停的测试电流的大小，因此，安时积分法计算得出的SOC通常也是不准确的。
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法以解决上述问题。
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【发明内容】
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[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种原理简单、便于推广应用的磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法，以解决现有技术中磷酸铁锂动力电池组SOC估算不准确的问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法，其包括如下步骤:
[0008]I)选用一个端电压与其SOC具有线性关系的二次电池；
[0009]2)将上述二次电池与多个磷酸铁锂动力电池单元进行串联，并设定其中任一磷酸铁锂动力电池单元SOC为0%，100%时，对应于二次电池SOC1值分别为X1, X2 ;
[0010]3)根据该二次电池充放电时二次电池端电压Ua与该二次电池SOC1的对应关系，拟合出二次电池SOC1与端电压Ua的函数关系为=SOC1 = KiUa+Mi, (K1 Φ O7K1, M1是常数)，SOC1 e (X1, X2)；
[0011]4)以SOC1为纵坐标，SOC为横坐标，建立坐标模型，则对应点分别为(0%，XI)、(100%, X2)，以此两点就可得出SOC1与SOC之间的函数关系，即SOC1 = K2S0C+M2(K2幸0，K2, M2是常数);
[0012]5)实时检测二次电池与磷酸铁锂动力电池单元串联后的端电压Ua，再根据步骤3和4得出磷酸铁锂动力电池单元SOC = UaK1A2+(M1-M2)/K2,计算出磷酸铁锂动力电池单元的SOC值。
[0013]作为本发明磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法的一种改进，所述二次电池选用除磷酸铁锂动力电池之外的二次电池或超级电容。
[0014]作为本发明磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法的一种改进，所述2% <Xi<7%,86%〈(X2-X1)〈96 %。
[0015]作为本发明磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法的一种改进，所述二次电池与磷酸铁锂动力电池组串联后的端电压Ua可由电池管理系统BMS测量。
[0016]作为本发明磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法的一种改进，所述二次电池SOC1值始终大于每个磷酸铁锂动力电池单元的SOC值。
[0017]作为本发明磷酸铁锂动力电池组SOC的估算方法的一种改进，所述磷酸铁锂动力电池单元由若干单体磷酸铁锂动力电池并联组成。
[0018]与现有技术相比，本发明通过将一种电压与SOC值具有线性关系的二次电池与磷酸铁锂动力电池单元进行串联，拟合出磷酸铁锂动力电池单元SOC与二次电池电压的函数关系，再通过电池管理系统BMS实时监测二次电池的端电压，便可以迅速计算出磷酸铁锂动力电池单元S0C。由此可见，本发明原理简单，更容易得到广泛应用和推广。
【【附图说明】】
[0019]图1为本发明磷酸铁锂动力电池与二次电池串联后的电路示意图；
[0020]图2(a)为本发明磷酸铁锂动力电池充电时其端电压与其SOC函数关系图；
[0021]图2(b)为本发明所涉及的二次电池充电时其端电压与其SOC函数关系图；
[0022]图2(c)为本发明所涉及的二次电池以及磷酸铁锂动力电池串联后充电时，二次电池的端电压与磷酸铁锂动力电池SOC函数关系图；
[0023]图3(a)为本发明磷酸铁锂动力电池放电时其端电压与其SOC函数关系图；
[0024]图3(b)为本发明所涉及的二次电池放电时其端电压与其SOC函数关系图；
[0025]图3(c)为本发明所涉及的二次电池以及磷酸铁锂动力电池串联后放电时，二次电池的端电压与磷酸铁锂动力电池SOC函数关系图；
[0026]图4为本发明磷酸铁锂动力电池单元SOC与二次电池SOC1建模的函数关系图。【【具体实施方式】】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的【具体实施方式】仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
[0028]由于串联电路中的电流处处相等，根据电量计算公式Q= IT(Q为电量，I为电流，T为时间)可知，单位时间内串联电路中各电池单元的充放电电量也相等。因此，只要准确计算出某一电池单元电量的变化，就可以知道整组电池电量的变化情况。本发明基于以上原理，选用一个电压与其SOC具有线性关系的二次电池与磷酸铁锂动力电池单元进行串联，通过准确计算出该磷酸铁锂动力电池单元的电量，从而得知磷酸铁锂动力电池组的电池电量。
[0029]请参考图2(a)、3(a)所示，磷酸铁锂动力电池在充放电的大部分时间内，虽然其SOC值在不断的增加或减少，但磷酸铁锂动力电池的端电压均保持一致。
[0030]请参考图2(b)、3(b)所示，除磷酸铁锂动力电池之外的二次电池在充放电时，其端电压随着该电池的SOC1值变化而变化，并呈现良好的线性关系，据此，根据反复的对该二次电池充放电时SOC1以及端电压Ua的检测取点，便可以拟合出该二次电池的SOC1与该二次电池端电压Ua的函数关系为=SOC1 = K1Ua-M1，(K1 ^ O, K1, M1是常数)，SOC1 e (X1, X2)；其中，X1, X2按照以下规则设定:即，将上述二次电池与多个磷酸铁锂动力电池单元进行串联，在充放电时，设定其中任一磷酸铁锂动力电池单元SOC为O %，100 %时，对应于该二次电池SOC1值分别为X1, x2。