一种锂电池SOC的估算方法及装置与流程

本申请涉及电池管理领域，尤其涉及一种锂电池soc的估算方法及装置。

背景技术：

目前越来越多的电动平衡车在大众生活中普及使用，随着其应用范围也越来越广，对其续航能力的要求也越来越高。为了保证电动平衡车的续航能力，必须要保证电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)的可靠性，而荷电状态(stateofcharge，soc)能够为bms续航里程估计、延长电池寿命、提高电池利用率等提供有效的支持。由于锂电池的自身特性，在电动平衡车急进或急刹过程中，其负载值不断变化，导致放电电流也不断变化，且无法确定电池模型对各状态下放电曲线对应的边界，从而不能准确估算soc，因此无法预测锂电池自身的健康状态，使得电池不能得到有效保护，大大增加了电池损坏的概率。

现有技术中，经常使用的是开路电压法，安培积分法和卡尔曼滤波算法。开路电压法依据电池在长时间静置的条件下，其端电压与soc有相对固定的函数关系，所以根据开路电压来估算soc的准确性较高，但是需要静置的时间需要很长，无法适应实际使用中，不断变化的情况，因些soc的精准性比较低下。安培法在初始状态不了解情况下，bms是很难准确估算电池的使用状态和soc值的，并且在变电流或者工作电流剧变的情况下，电流法适应性较差。因此，电动平衡车在实际使用过程中如何准确估算soc是一种亟待解决的问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种锂电池soc的估算方法及装置，以解决电动平衡车在常规使用以及充放电状态下soc估算不准确的问题。

第一方面，本申请提供了一种锂电池soc的估算方法，该方法包括：根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线；如果所述锂电池的当前电压小于预置最低电压，则将所述初始soc参数设置为0；如果所述当前电压不小于预置最低电压，则根据所述soc-ocv曲线计算所述初始soc参数；获取所述锂电池的充放电电流；根据所述充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断所述锂电池的运行状态，所述运行状态包括静置状态、充电状态和放电状态；记录所述当前电压，并查找所述运行状态对应的延时时间；记录经过所述延时时间后的更新电压；计算所述当前电压与所述更新电压的电压差；计算所述初始soc参数与所述更新电压在所述soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度；如果所述运行状态为静置状态，则当所述电压差大于预置电压差时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；如果所述运行状态为充电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差且所述变化幅度大于第一预置幅度时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；如果所述运行状态为放电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第一预置幅度时，或者，当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压不小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第二预置幅度时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；将所述初始soc参数与所述修正soc参数相加，生成估算soc参数。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线之前，所述方法还包括：在所述锂电池上电时，根据锂电池参数设置满容量值；所述生成估算soc参数之后，所述方法还包括：更新所述锂电池的满容量值；重新计算所述锂电池的soc-ocv曲线。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述更新锂电池的满容量值，包括：如果所述锂电池的运行状态为放电状态，则计算所述锂电池的第一估算soc参数；当所述锂电池放电结束时，计算所述锂电池的第二估算soc参数；计算所述第一估算soc参数与第二估算soc参数的容量差；如果所述容量差大于第二预置比例的所述满容量值，则根据所述容量差和第二估算soc参数，重新计算所述满容量值。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述计算所述锂电池的第一估算soc参数，包括：根据安培积分法计算所述锂电池的第一估算soc参数；所述计算所述锂电池的第二估算soc参数，包括：根据安培积分法计算所述锂电池的第二估算soc参数。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述计算所述锂电池的第二估算soc参数之后，所述方法还包括：如果所述第二估算soc参数小于所述预置最低电压，则将所述第二估算soc参数重置为0值；如果所述第二估算soc参数不小于所述预置最低电压，则以所述第二估算soc参数和所述第一估算soc参数的比值作为变化比例，重置所述第二估算soc参数。

第二方面，本申请还提供了一种锂电池soc的估算装置，所述装置包括用于执行第一方面各种实现方式中方法步骤的模块。

第三方面，本申请还提供了一种终端，包括：处理器及存储器；所述处理器可以执行所述存储器中所存储的程序或指令，从而实现以第一方面各种实现方式所述锂电池soc的估算方法。

第四方面，本申请还提供了一种存储介质，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可实现包括本申请提供的锂电池soc的估算方法各实施例中的部分或全部步骤。

本申请提供的一种锂电池soc的估算方法及装置，通过计算锂电池的soc-ocv曲线，然后根据当前电压与预置最低电压的比较结果，计算或设置初始soc参数，然后获取锂电池的充放电电流，然后根据充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断锂电池的运行状态，然后记录当前电压并查找运行状态对应的延时时间，再记录经过延时时间后的更新电压，然后在计算当前电压与更新电压的电压差，然后计算初始soc参数与更新电压在soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度，再根据运行状态计算修正soc参数，最后将输出soc参数和修正soc参数相加，生成估算soc参数。在计算修正soc参数时，与现有技术相比，本申请能够根据锂电池的不同状态，采用不同的方法判断以开路电压值为根据计算的soc参数是否需要补偿，如果需要补偿则将修正soc参数设置为初始soc参数与更新soc参数的差值，与一定的比例系数的乘积，在初始soc参数的基础上以修正soc参数进行修正补偿，以提高估算soc参数的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种锂电池soc的估算方法流程图；

图2为本申请提供的另一种锂电池soc的估算方法流程图；

图3为本申请提供的一种锂电池soc的估算装置组成框图；

图4为本申请提供的另一种锂电池soc的估算装置组成框图；

图5为本申请提供的一种满容量值更新单元的组成框图。

具体实施方式

电动平衡车的动力是有锂电池提供的，通过设置bms系统以保证电动平衡车的续航能力，而soc能够为bms续航里程估计、延长电池寿命、提供电池利用率等提供有效的支持，所以本申请提供了一种锂电池soc的估算方法及装置。参见图1，为本申请提供的一种锂电池soc的估算方法流程图。本方法是吸收现有各种方法(包括开路电压法，安培积分法、卡尔曼滤波法)的各种优点，当电池处于不同状态下以不同方法来优化，独创补偿算法对soc的精度进行提高，针对平衡车实际使用中不同坏境下因负载不同而产生的放电电流不同进行优化补偿，以确保soc值的准确性。如图1所示，该方法包括：

101、根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线。

将锂电池进行充分的充放电实验，记录实验数据，根据实验数据建立充放电过程的数据模型。在根据数学模型，计算soc-ocv曲线。开路电压，是指电池在开路状态下的端电压。电池的开路电压等于电池在断路时(即没有电流通过两极时)电池的正极电极电势与负极的电极电势之差。计算并记录soc-ocv曲线，以便后续查表对比。soc-ocv曲线的表示方式可以是关系式、对照表或图形，在本申请实施例中对soc-ocv的表示方式不做限定。

102、如果所述锂电池的当前电压小于预置最低电压，则将所述初始soc参数设置为0。

为了防止锂电池的过放现象，设置预置最低电压以保护锂电池。如果锂电池的当前电压小于预置最低电压，将初始soc参数设置为0，其中预置最低电压可以设置为2v。

103、如果所述当前电压不小于预置最低电压，则根据所述soc-ocv曲线计算所述初始soc参数。

根据锂电池的当前电压，能够实时计算初始soc参数。在计算初始soc参数后，判断该初始soc参数是否需要修正，如果需要修正，则计算修正后的估算soc参数，如果不需要修正，则直接根据soc-ocv曲线估算soc参数。

104、获取所述锂电池的充放电电流。

105、根据所述充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断所述锂电池的运行状态，所述运行状态包括静置状态、充电状态和放电状态。

如果充放电电流小于预置运行电流，则锂电池处于静置状态；如果充放电电流不小于预置运行电流，则锂电池处于充电或放电状态。再根据充放电电流方向，判断锂电池处于充电状态还是放电状态。预置运行电流可以设置为1a。为了保证电动平衡车的正常运行，还可以设置充放电电流的最高值，例如8a，当充放电电流超出时，可以产生警告信息。判断锂电池的运行状态时，还需要考虑锂电池所处的环境温度，如果环境温度值处于10℃以上时，满足锂电池工作温度的条件，能够根据充放电电流判断锂电池的运行状态。

106、记录所述当前电压，并查找所述运行状态对应的延时时间。

不同的运行状态，锂电池在单位时间内soc的变化幅度不同，所以延时时间也不相同。例如运行状态为静置状态，延时时间选取为10分钟，运行状态为充电状态或者放电状态，延时时间选取为10秒钟。

107、记录经过所述延时时间后的更新电压。

108、计算所述当前电压与所述更新电压的电压差。

电压差，是指当前电压与更新电压在同一电压单位下的差值。

109、计算所述初始soc参数与所述更新电压在所述soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度。

变化幅度是指初始soc参数与更新soc参数的差值与初始soc参数的比值，该比值可以用百分数表示。

110、如果所述运行状态为静置状态，则当所述电压差大于预置电压差时，计算修正soc参数。

在运行状态为静置状态时，只要电压差大于预置电压差，就判断需要初始soc参数需要修正。预置电压差可选取150mv。如果需要修正初始soc参数，则计算修正soc参数，具体的计算方法包括：计算初始soc参数和更新soc参数的差值，将该差值乘以预置比例系数，等到的结果确定为修正soc参数。

111、如果所述运行状态为充电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差且所述变化幅度大于第一预置幅度时，计算修正soc参数。

在运行状态为充电状态时，需要同时满足电压差大于预置电压差和变化幅度大于第一预置幅度两个条件，初始soc参数才需要修正。预置电压差可选取150mv。在充电状态下修正soc参数的计算方法与静置状态下修正soc参数的计算方法相同，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积。

112、如果所述运行状态为放电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第一预置幅度时，或者，当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压不小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第二预置幅度时，计算修正soc参数。

在运行状态为充电状态时，需要同时满足电压差大于预置电压差、更新电压小于预置电压临界值和变化幅度大于第一预置幅度三个条件，或者同时满足电压差大于预置电压差、更新电压不小于预置电压临界值和变化幅度大于第二预置幅度三个条件，初始soc参数才需要修正。其中预置临界电压值为3.2v，第一预置幅度为5％，第二预置幅度为15％。预置电压差可选取150mv。在放电电状态下修正soc参数的计算方法与静置状态下修正soc参数的计算方法相同，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积。

113、将所述初始soc参数与所述修正soc参数相加，生成估算soc参数。

修正soc参数的默认值为0，如果锂电池的初始soc参数不满足修正条件，则修正soc参数确定为默认值。将初始soc参数和修正soc参数相加，生成估算soc参数。

本申请提供的一种锂电池soc的估算方法，通过计算锂电池的soc-ocv曲线，然后根据当前电压与预置最低电压的比较结果，计算或设置初始soc参数，然后获取锂电池的充放电电流，然后根据充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断锂电池的运行状态，然后记录当前电压并查找运行状态对应的延时时间，再记录经过延时时间后的更新电压，然后在计算当前电压与更新电压的电压差，然后计算初始soc参数与更新电压在soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度，再根据运行状态计算修正soc参数，最后将输出soc参数和修正soc参数相加，生成估算soc参数。在计算修soc参数时，与现有技术相比，本申请能够根据锂电池的不同状态，采用不同的方法判断开路电压值为根据计算的soc参数是否需要补偿，如果需要补偿则将修正soc参数设置为初始soc参数与更新soc参数的差值，与一定的比例系数的乘积，在初始soc参数的基础上以修正soc参数进行修正补偿，以提高估算soc参数的准确性。

参见图2，为本申请提供的另一种锂电池soc的估算方法流程图，在图1所示方法的基础上，所述根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线之前，还包括：

201、在所述锂电池上电时，根据锂电池参数设置满容量值。

满容量值是soc-ocv曲线的端点值，是构成该曲线的必要点。电动平衡车的锂电池通常是具有固定参数的，例如电池组个数、每个电池组的容量、工作环境温度和工作电流等等。根据锂电池参数设置满容量值，但是由于电池管理系统、电动平衡车的基础消耗以及锂电池在使用过程中的容量变化，设置的满容量值并不准确。

因此，所述生成估算soc参数之后，还包括：

202、更新所述锂电池的满容量值；

其更新方法，具体包括：如果所述锂电池的运行状态为放电状态，则计算所述锂电池的第一估算soc参数；当所述锂电池放电结束时，计算所述锂电池的第二估算soc参数；计算所述第一估算soc参数与第二估算soc参数的容量差；如果所述容量差大于第二预置比例的所述满容量值，则根据所述容量差和第二估算soc参数，重新计算所述满容量值。重新计算满容量值，包括：计算满容量差，满容量差是指放电前的容量与放电后的容量的差值，与欠电压状态下容量变化量和原soc的容量差的和；再计算满容量值，满容量值为原满容量差值与容量差的商。在锂电池进行放电的过程中，在放电过程中下的任意时刻计算锂电池的第一估算soc，也就是锂电池的运行状态为放电状态是的估算soc参数。放电结束以电压的大小为标志，计算放电结束时的第二估算soc参数。第二预置比例可以选取为三分之一，当第一估算soc参数与第二估算soc参数的容量差大于三分之一时，重新计算满容量值。

所述计算所述锂电池的第一估算soc参数，包括：根据安培积分法计算所述锂电池的第一估算soc参数；所述计算所述锂电池的第二估算soc参数，包括：根据安培积分法计算所述锂电池的第二估算soc参数。所述计算所述锂电池的第二估算soc参数之后，所述方法还包括：如果所述第二估算soc参数小于所述预置最低电压，则将所述第二估算soc参数重置为0值；如果所述第二估算soc参数不小于所述预置最低电压，则以所述第二估算soc参数和所述第一估算soc参数的比值作为变化比例，重置所述第二估算soc参数。

203、重新计算所述锂电池的soc-ocv曲线。

根据满容量值，重新设置soc-ocv曲线端点值，重新计算soc-ocv曲线。在后续使用soc-ocv曲线时，采用重新计算的soc-ocv曲线。

本申请提供的一种锂电池soc的估算方法，通过计算锂电池的soc-ocv曲线，然后根据当前电压与预置最低电压的比较结果，计算或设置初始soc参数，然后获取锂电池的充放电电流，然后根据充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断锂电池的运行状态，然后记录当前电压并查找运行状态对于的延时时间，再记录经过延时时间后的更新电压，然后在计算当前电压与更新电压的电压差，然后计算初始soc参数与更新电压在soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度，再根据运行状态计算修正soc参数，最后将输出soc参数和修正soc参数相加，生成估算soc参数。在计算修soc参数时，与现有技术相比，本申请能够根据锂电池的不同状态，采用不同的方法判断开路电压值为根据计算的soc参数是否需要补偿，如果需要补偿则将修正soc参数设置为初始soc参数与更新soc参数的差值，与一定的比例系数的乘积，在初始soc参数的基础上以修正soc参数进行修正补偿，以提高估算soc参数的准确性。

参见图3，为本申请提供的一种锂电池soc的估算装置组成框图，参见图4为本申请提供的另一种锂电池soc的估算装置组成框图，参见图5，为本申请提供的一种满容量值更新单元的组成框图。作为图1和图2所示方法的具体实现，如图3所示，该装置包括：

soc-ocv曲线计算单元301，用于根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线；

初始soc参数设置单元302，用于如果所述锂电池的当前电压小于预置最低电压，则将所述初始soc参数设置为0；

初始soc参数计算单元303，还用于如果所述当前电压不小于预置最低电压，则根据所述soc-ocv曲线计算所述初始soc参数；

充放电电流获取单元304，用于获取所述锂电池的充放电电流；

运行状态判断单元305，用于根据所述充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断所述锂电池的运行状态，所述运行状态包括静置状态、充电状态和放电状态；

延时时间查找单元306，用于记录所述当前电压，并查找所述运行状态对应的延时时间；

更新电压记录单元307，用于记录经过所述延时时间后的更新电压；

电压差计算单元308，用于计算所述当前电压与所述更新电压的电压差；

变化幅度计算单元309，用于计算所述初始soc参数与所述更新电压在所述soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度；

修正soc参数计算单元310，还用于如果所述运行状态为静置状态，则当所述电压差大于预置电压差时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；

所述修正soc参数计算单元310，还用于如果所述运行状态为充电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差且所述变化幅度大于第一预置幅度时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；

所述修正soc参数计算单元310，用于如果所述运行状态为放电状态，则当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第一预置幅度时，或者，当所述电压差大于所述预置电压差、所述更新电压不小于预置电压临界值且所述变化幅度大于第二预置幅度时，计算修正soc参数，所述修正soc参数为所述初始soc参数与所述更新soc参数的差值，与第一预置比例系数的乘积；

估算soc参数生成单元311，用于将所述初始soc参数与所述修正soc参数相加，生成估算soc参数。

进一步地，如图4所示，所述装置还包括：

满容量值设置单元401，用于所述根据锂电池的充放电过程建立数学模型，计算所述锂电池的soc-ocv曲线之前，在所述锂电池上电时，根据锂电池参数设置满容量值；

所述装置还包括：

满容量值更新单元402，用于所述生成估算soc参数之后，更新所述锂电池的满容量值；

soc-ocv曲线重新计算单元403，用于重新计算所述锂电池的soc-ocv曲线。

进一步地，如图5所示，所述满容量值更新单元402，包括：

第一估算soc参数计算模块501，用于如果所述锂电池的运行状态为放电状态，则计算所述锂电池的第一估算soc参数；

第二估算soc参数计算模块502，用于当所述锂电池放电结束时，计算所述锂电池的第二估算soc参数；

容量差计算模块503，用于计算所述第一估算soc参数与第二估算soc参数的容量差；

满容量值重新计算模块504，用于如果所述容量差大于第二预置比例的所述满容量值，则根据所述容量差和第二估算soc参数，重新计算所述满容量值。

进一步地，所述第一估算soc参数计算模块，用于：根据安培积分法计算所述锂电池的第一估算soc参数；

所述第二估算soc参数计算模块，用于：根据安培积分法计算所述锂电池的第二估算soc参数。

进一步地，如图5所示，所述满容量值更新单元402，还包括：

第二估算soc参数重置模块505，用于所述计算所述锂电池的第二估算soc参数之后，如果所述第二估算soc参数小于所述预置最低电压，则将所述第二估算soc参数重置为0值；

所述第二估算soc参数重置模块505，还用于如果所述第二估算soc参数不小于所述预置最低电压，则以所述第二估算soc参数和所述第一估算soc参数的比值作为变化比例，重置所述第二估算soc参数。

本申请提供的一种锂电池soc的估算装置，通过计算锂电池的soc-ocv曲线，然后根据当前电压与预置最低电压的比较结果，计算或设置初始soc参数，然后获取锂电池的充放电电流，然后根据充放电电流与预置运行电流的比较结果，判断锂电池的运行状态，然后记录当前电压并查找运行状态对于的延时时间，再记录经过延时时间后的更新电压，然后在计算当前电压与更新电压的电压差，然后计算初始soc参数与更新电压在soc-ocv曲线中对应的更新soc参数的变化幅度，再根据运行状态计算修正soc参数，最后将输出soc参数和修正soc参数相加，生成估算soc参数。在计算修soc参数时，与现有技术相比，本申请能够根据锂电池的不同状态，采用不同的方法判断开路电压值为根据计算的soc参数是否需要补偿，如果需要补偿则将修正soc参数设置为初始soc参数与更新soc参数的差值，与一定的比例系数的乘积，在初始soc参数的基础上以修正soc参数进行修正补偿，以提高估算soc参数的准确性。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：rom)或随机存储记忆体(英文：randomaccessmemory，简称：ram)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。