船用锂离子动力电池荷电状态的计算与校正装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种船用锂离子动力电池荷电状态的计算与校正装置及方法，由SOC计算环节基于安时计量法对各组电池的荷电状态进行计算，利用SOC误差补偿环节基于交流内阻法对SOC计算环节测得的结果进行补偿校正，所述SOC误差补偿环节每隔一段时间工作；所述SOC误差补偿环节工作时，向外输出补偿后的结果作为SOC输出信号；所述SOC误差补偿环节不工作时，向外输出SOC计算环节以安时计量法实时测得的各组电池的荷电状态作为SOC输出信号。本发明结构简单，运算速度快，矫正精确度高，实时性强。适用于对电池功率需求较大，电压较高的船用锂电池组。
【专利说明】船用锂离子动力电池荷电状态的计算与校正装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种船用锂离子动力电池荷电状态的计算与校正方法。
【背景技术】
[0002]随着世界范围内对节能环保的要求不断提高，以锂离子电池作为主要动力能源的电力推进内河船舶应运而生。相对于电动汽车，电力推进内河船舶的动力电池容量大，电池组数量多，续航时间长，在正常航行推进工况下，要求能够实时正确检测电池的剩余电量，以控制船舶的续航里程和航速。所以船用锂离子电池的剩余电量的测量与计算装置应考虑多电池组整体的测量方法。在现有S0C(State of charge荷电状态)测量方法中，安时计量法的误差会随着用电时间增加而累积，开路电压法和内阻法数学关系较复杂不适合多组电池实时在线测量，智能算法要求精确数学模型及繁琐的智能运算。
[0003]中国发明专利200510094755.3公开了 一种修正安时计量法，但其中用于修正的电压值在线估计时会产生波动，造成修正误差。发明专利201110180561.0公开了一种将改进神经网络法并用DSP实现，这种方法计算繁琐且DSP相对成本较高。发明专利201210013565.4公开了根据初始与终止放电时SOC急剧变化的曲线来修正安时计量法产生的误差，但该方法不能在电池处于放电中期时校正。发明专利201210576793.2公开了使用开路电压，电流，温度三维表来估计SOC的方法用于电动车辆，但是其只能在车辆停止时测量，而在船舶行驶中无法停止航行，所以并不适合船用。
【发明内容】
[0004]基于以上现状，本发明提供了一种船用锂离子动力电池荷电状态的计算与校正装置及方法，以安时计量法为主体，交流内阻法校正的方法来测量电池荷电状态，结构简单，运算速度快，矫正精确度高，实时性强。
[0005]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种电池荷电状态的计算与校正方法，其包含:
[0006]A、通过交流内阻测量环节采集N组电池的交流内阻Zfl?Zfn并发送至SOC误差补偿环节；
[0007]B、所述SOC误差补偿环节中，求和器计算对N组电池交流内阻阻抗的模的求和结果Zf并发送至老化及误差补偿环节；
[0008]C、所述老化及误差补偿环节将求和结果Zf，代入到预先通过实验获得的电池交流内阻与补偿系数的关系式中来计算得到补偿系数k ;
[0009]D、内阻法计算环节将交流内阻测量环节向其发送的交流内阻Zfl?Zfn，代入到预先通过实验获得的电池交流内阻与电池荷电状态的关系式中，运用交流内阻法求取各组电池的荷电状态；
[0010]E、所述内阻法计算环节还根据老化及误差补偿环节向其发送的补偿系数k对以交流内阻法测得的各组电池的荷电状态进行校正，得到各组电池经过老化及温度校正后的荷电状态SOC1~SOCn并发送至电量均衡器；
[0011]F、所述电量均衡器使所有电池组具有相同的剩余电量，并将该剩余电量作为初始荷电状态SOCtl输出至SOC计算环节；
[0012]G、所述SOC计算环节根据与电池组及负载串联的电流传感器所测得的电流值I和所述初始荷电状态SOCtl，运用安时计量法求得各组电池实时的荷电状态SOCi并发送至所述SOC误差补偿环节；
[0013]H、所述SOC误差补偿环节的老化及误差补偿环节，根据所述补偿系数k对以安时计量法测得的各组电池的荷电状态SOCi进行补偿并将结果SOCf向外输出。
[0014]优选地，在步骤E中，通过以下公式进行校正:
[0015]
【权利要求】
1.一种电池荷电状态的计算与校正方法，其特征在于，包含: A、通过交流内阻测量环节采集N组电池的交流内阻Zfl~Zfn并发送至SOC误差补偿环节; B、所述SOC误差补偿环节中，求和器计算对N组电池交流内阻阻抗的模的求和结果Zf并发送至老化及误差补偿环节； C、所述老化及误差补偿环节将求和结果Zf，代入到预先通过实验获得的电池交流内阻与补偿系数的关系式中来计算得到补偿系数k ； D、内阻法计算环节将交流内阻测量环节向其发送的交流内阻Zfl~Zfn，代入到预先通过实验获得的电池交流内阻与电池荷电状态的关系式中，运用交流内阻法求取各组电池的荷电状态； E、所述内阻法计算环节还根据老化及误差补偿环节向其发送的补偿系数k对以交流内阻法测得的各组电池的荷电状态进行校正，得到各组电池经过老化及温度校正后的荷电状态SOC1~SOCn并发送至电量均衡器； F、所述电量均衡器使所有电池组具有相同的剩余电量，并将该剩余电量作为初始荷电状态SOCtl输出至SOC计算环节； G、所述SOC计算环节根据与电池组及负载串联的电流传感器所测得的电流值I和所述初始荷电状态SOCtl，运用安时计量法求得各组电池实时的荷电状态SOCi并发送至所述SOC误差补偿环节； H、所述SOC误差补偿环节的老化及误差补偿环节，根据所述补偿系数k对以安时计量法测得的各组电池的荷电状态SOCi进行补偿并将结果SOCf向外输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 在步骤E中，通过以下公式进行校正:
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于， 在步骤H中，通过以下公式进行补偿:
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于， 对于使用前充满的各组电池，初始时所述SOC计算环节发送至所述SOC误差补偿环节的SOCi为100%，并且所述SOC误差补偿环节发送至所述SOC计算环节的SOCtlS 100%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述SOC误差补偿环节每隔一段时间工作；所述SOC误差补偿环节工作时，最终向外输出补偿后的结果SOCf作为SOC输出信号；所述SOC误差补偿环节不工作时，最终向外输出SOC计算环节以安时计量法实时测得的各组电池的荷电状态作为SOC输出信号。
6.一种电池荷电状态的计算与校正装置，其特征在于，包含: 一个基于安时计量法对各组电池的荷电状态进行计算的SOC计算环节； 一个基于交流内阻法对SOC计算环节测得的结果进行补偿的SOC误差补偿环节。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述SOC误差补偿环节每隔一段时间工作；所述SOC误差补偿环节工作时，计算与校正装置向外输出补偿后的结果SOCf作为SOC输出信号；所述SOC误差补偿环节不工作时，计算与校正装置向外输出SOC计算环节以安时计量法实时测得的各组电池的荷电状态作为SOC输出信号。
【文档编号】G01R31/36GK103969596SQ201410238431
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】孙彦琰, 褚建新, 高迪驹, 兰溪 申请人:上海海事大学