估算电池SOC的方法和装置及车辆、存储介质与流程

估算电池soc的方法和装置及车辆、存储介质
技术领域
[0001]
本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种估算电池soc的方法，以及计算机可读存储介质和估算电池soc的装置以及车辆。


背景技术：

[0002]
近些年来，随着环境问题的日益严峻，能源问题的日益突出，各国政府、企业、科研机构大力促进了新能源车辆的发展和普及，但与此同时，新能源车辆还有很多问题亟待解决。对于纯电动车辆、混动车辆来说，电池的荷电状态(state of charge，soc)相当于传统能源车辆的燃油表，表示电池的剩余容量与实际最大可用容量的百分比，是整车能量管理的重要参数之一，同时高精度的soc估算也是电池管理系统中的关键技术之一。
[0003]
为了实现准确、高效地估算soc，多年来人们开发了很多种soc估算方法，主要可以包括放电实验法、开路电压法、安时积分法、神经网络法、卡尔曼滤波法等。各种估算方法都有其优点和缺点。
[0004]
在相关技术中，有些方案通过采用开路电压法和安时积分法相结合的计算方法，获得电池soc的估算值。虽然两者结合可以弥补不足，但是，该方法在不同的应用状态下始终采用相同的电池可用容量参数，降低了电池soc估算值的精确性。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种估算电池soc的方法，该方法可以实现电池soc的在线估算，提高在充放电过程中对电池soc估算的准确性。
[0006]
本发明的目的之二在于提出一种计算机可读存储介质。
[0007]
本发明的目的之三在于提出一种估算电池soc的装置。
[0008]
本发明的目的之四在于提出一种车辆。
[0009]
为了解决上述问题，本发明第一方面实施例的估算电池soc的方法，包括：采用开路电压法获得充放电初始阶段的初始soc值；采集所述电池充放电的电流数据，根据所述电流数据进行安时积分以获得理论soc变化量；检测实时的电池容量影响参数，根据所述电池容量影响参数获得容量修正系数，并根据所述容量修正系数修正所述理论soc变化量，以获得实际soc变化值；根据所述初始soc值和所述实际soc变化量获得所述电池的soc估算值。
[0010]
根据本发明实施例的估算电池soc的方法，在使用安时积分法和开路电压法的基础上，通过实时的电池容量影响参数获得容量修正系数，该容量修正系数是随着不同的电池容量影响参数而动态变化的，通过动态的容量修正系数对理论soc变化量进行实时动态修正，相较于采用固定的可用容量参数，可以减小因电池实际充放电状态变化而造成的soc变化量计算误差，提高充放电过程中估算电池soc值的准确性。
[0011]
在一些实施例中，所述电池容量影响参数包括充放电时的电池温度、充放电倍率、所述电池的循环使用次数中的至少一个。
[0012]
在一些实施例中，所述容量修正系数表达为在所述电池容量影响参数下的实际可用容量的函数。
[0013]
在一些实施例中，所述理论soc变化量中包括所述电池的理论可用容量，所述检测实时的电池容量影响参数，根据所述电池容量影响参数获得容量修正系数，并根据所述容量修正系数修正所述soc变化量，以获得实际soc变化值，包括：检测所述电池温度和所述充放电倍率；根据所述电池温度和所述充放电倍率获得容量修正系数；根据所述容量修正系数获得所述实际可用容量；替换所述理论可用容量为所述实际可用容量，以获得所述实际soc变化量。根据随电池温度和充放电倍率动态变化的容量修正系数对电池可用容量进行修正，相较于采用不变的可用容量，可以提高在线估算soc值的准确性。
[0014]
在一些实施例中，在所述电池充电时，所述容量修正系数表达为：
[0015][0016]
其中，k为容量修正系数，q
额
为所述电池充电时的额定容量，q
c
为所述电池充电时在所述电池温度和所述充放电倍率下的实际可用容量。
[0017]
在一些实施例中，在所述电池放电时，所述容量修正系数表达为：
[0018][0019]
其中，k为容量修正系数，q
额
为所述电池放电时的额定容量，q
d
为所述电池放电时在所述电池温度和所述充放电倍率下的实际可用容量。
[0020]
在一些实施例中，所述容量修正系数为对应不同所述电池温度和不同所述充放电倍率下的二维矩阵，所述根据所述电池温度和所述充放电倍率获得容量修正系数，包括：根据所述电池温度和所述充放电倍率进行线性插值计算，查询所述二维矩阵以获得所述容量修正系数。
[0021]
在一些实施例中，所述采用开路电压法获得充放电初始阶段的初始soc值，包括：检测所述电池充放电初始时刻的端电压；根据所述初始时刻的端电压和预测的ocv-soc曲线，采用线性插值方法获得所述初始soc值。
[0022]
在一些实施例中，根据所述电流数据进行安时积分以获得理论soc变化量，包括：对所述电流数据进行实时的积分运算，获得所述电池充入或放出的安时容量；将所述安时容量与理论可用容量的商值作为所述理论soc变化量。
[0023]
在一些实施例中，所述根据所述初始soc值和所述实际soc变化量获得所述电池的soc估算值，包括：计算所述初始soc值与所述实际soc变化量的和值；将所述初始soc值与所述实际soc变化量的和值，作为所述电池的soc估算值。
[0024]
本发明第二方面实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述实施例所述的估算电池soc的方法。
[0025]
本发明第三方面实施例的估算电池soc的装置，包括：电压采集模块，用于采集电池的端电压；电流采集模块，用于采集所述电池的电流数据；至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行上述实施例所述的估算电池soc的方法。
[0026]
根据本发明实施例的估算电池soc的装置，通过采用上面实施例的估算电池soc的方法，根据电池容量影响参数的不同获得对应的容量修正系数，并根据容量修正系数对理论soc变化量进行动态修正，，可以减小因电池实际充放电状态变化而造成的soc变化量计算误差，可以获得更加精确的电池soc值。
[0027]
本发明第四方面实施例的车辆，包括电池和上述实施例所述的估算电池soc的装置。
[0028]
根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的估算电池soc的装置，可以获得更加精准的电池soc值，利于进行更优的动力控制分配。
[0029]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0030]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0031]
图1是根据本发明的一个实施例的估算电池方法的流程图；
[0032]
图2是根据本发明的一个实施例的充电时电池实际可用容量测试方法的流程图；
[0033]
图3是根据本发明的一个实施例的放电时电池实际可用容量测试方法的流程图；
[0034]
图4是根据本发明的一个实施例的某款电芯充电过程中随倍率和温度变化的容量修正系数的示意图；
[0035]
图5是根据本发明的一个实施例的某款电芯放电过程中随倍率和温度变化的容量修正系数的示意图；
[0036]
图6是根据本发明的一个实施例实际soc变化量修正过程的流程图；
[0037]
图7是根据本发明的一个实施例的估算电池soc装置的结构图；
[0038]
图8是根据本发明的一个实施例的车辆的结构图；
[0039]
附图标记：
[0040]
车辆1；
[0041]
估算电池soc的装置100；电池200；
[0042]
电压采集模块10；电流采集模块20；至少一个处理器30；存储器40。
具体实施方式
[0043]
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
[0044]
在相关技术中，通过采用开路电压法和安时积分法相结合的计算方法，获得电池soc的估算值，例如soc估算值表达为：
[0045][0046]
其中，soc(t0)表示由开路电压法充放电过程初始时刻得到的初始soc值，表
示在充放电过程中通过安时积分法累积容量得到的理论soc变化量，q
可用
表示电池的可用容量参数，在相关技术中，该可用容量参数采用相同的数值。
[0047]
虽然两者结合可以弥补不足，能够更加实用，但并不能完全解决soc估算存在的累积误差问题。对于电池来说，由于电池的可用容量受温度、充放电倍率、循环次数等条件的影响，使得不同条件下获得的电池可用容量误差较大。因此，在电池管理系统中，若在不同的应用状态下始终采用相同的电池可用容量参数，将会降低电池soc的估算值的准确性。
[0048]
为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本发明第一方面实施例的估算电池soc的方法。根据该方法可以实现电池soc的在线估算，提高充放电过程中估算电池soc值的准确性。
[0049]
图1示出了本发明的一个实施例提供的估算电池soc方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的估算电池soc的方法至少包括步骤s1-s4。
[0050]
步骤s1，采用开路电压法获得充放电初始阶段的初始soc值。
[0051]
其中，开路电压法是在电池长时间的静置条件下，电池端电压与soc之间有相对固定的函数关系，进而利用电池ocv(open circuit voltage，开路电压)与soc间对应关系来进行soc的估算。其中，在电池充放电过程的初始状态下，由于电池仍处于静置状态，只要静置时间足够长，可认为此时电池的端电压近似等于开路电压。
[0052]
具体地，在电池充放电的初始阶段，检测电池初始时刻的端电压，例如，可以通过万用表检测电池充放电初始时刻的端电压。进一步地，根据在初始时刻检测到的电池端电压带入预测的ocv-soc曲线表，通过线性插值方法，获得此时电池的初始soc值。例如，通过开路电压法计算的初始soc值表示为soc(t0)。
[0053]
步骤s2，采集电池充放电的电流数据，根据电流数据进行安时积分以获得理论soc变化量。
[0054]
其中，安时积分法是通过累积电池在充放电时的电量，从而得到电池当前的soc值。具体地，采用对电流进行积分实时测量充入电池的能量或从电池放出的能量，对电池的电量进行长时间的记录和监测，能够给出电池任意时刻的剩余电量。
[0055]
具体地，可以通过电流表实时地获取电池充放电时的电流数据，进而对电流数据进行实时的积分运算∫idt，获得电池充入或放出的安时容量，表示一段时间内电池容量的变化量，进一步地，将安时容量与理论可用容量的商值作为理论soc变化量，例如，可以通过表示充放电过程中通过安时积分法累积容量得到的理论soc变化量，其中，i为电池充放电的电流数据，q
理论
为理论可用容量，相当于相关技术中采用的固定的可用容量参数。
[0056]
步骤s3，检测实时的电池容量影响参数，根据电池容量影响参数获得容量修正系数，并根据容量修正系数修正理论soc变化量，以获得实际soc变化量。
[0057]
在本发明实施例中，电池容量影响参数可以理解为充放电过程中影响电池可用容量的参数，例如，电池可用容量受电池温度、充放电倍率、电池使用次数等的影响，在不同的条件下获得的可用容量误差比较大。在一些实施例中，电池容量影响参数包括充放电时的电池温度、充放电倍率、电池的循环使用次数中的至少一个。
[0058]
其中，容量修正系数是在不同的电池容量影响参数下与实际可用容量关联的函数，可以是一个或多个电池容量影响参数下的实际可用容量的函数。
[0059]
在不同的电池容量影响参数条件下，容量修正系数也对应变化，即容量修正系数随着电池容量影响参数的变化而动态变化，而获得的理论soc值通过理论可用容量即不变的可用容量获得，因而通过容量修正系数对理论soc值进行修正，实际上是对理论可用容量进行修正，使其更加接近于电池当前实际状态下的可用容量即实际可用容量，进而获得实际soc变化量，提高安时积分获得的soc变化量的准确性。
[0060]
步骤s4，根据初始soc值和实际soc变化量获得电池的soc估算值。
[0061]
具体地，计算初始soc值与实际soc变化量的和值；将初始soc值与实际soc变化量的和值，作为电池的soc估算值，或者，可以在此基础上进一步补偿。
[0062]
根据本发明实施例的估算电池soc的方法，在使用安时积分法和开路电压法的基础上，通过实时的电池容量影响参数获得容量修正系数，即该容量修正系数是随着不同的电池容量影响参数而动态变化的，通过动态的容量修正系数对理论soc变化量进行实时地动态修正，相较于采用固定的可用容量参数，可以减小因电池实际充放电状态变化而造成的soc变化量计算误差，提高在充放电过程中估算电池soc值的准确性。
[0063]
在实施例中，容量修正系数可以表达为对应于电池容量影响参数的实际可用容量的函数，例如，为不同电池温度或者充放电倍率或者电池循环使用次数下的实际可用容量的函数，或者，为对应不同电池温度和充放电倍率下的实际可用容量的函数，或者，为对应不同电池温度和电池循环使用次数下的实际可用容量的函数，或者，为对应不同电池温度、充放电倍率、循环使用次数下的实际可用容量的函数。进而，可以根据具体的电池容量影响参数通过查表或插值方法来获得对应的容量修正系数。
[0064]
在一些实施例中，定义容量修正系数k表达为：其中，q
额
为电池的额定容量，q
实际
为当前电池容量影响参数下的实际可用容量。
[0065]
下面举例说明，以容量修正系数为电池温度和充放电倍率的二维矩阵为例，对获得不同电池温度和充放电倍率下的容量修正系数k的过程进行说明。
[0066]
例如，在电池充电时，将电池的额定容量与充电时对应电池容量影响参数下的实际可用容量的比值定义为容量修正系数。容量修正系数表达为：
[0067][0068]
其中，k为容量修正系数，q
额
为电池充电时的额定容量，q
c
为电池充电时在电池温度和充电倍率下的实际可用容量。
[0069]
或者，在电池放电时，将电池的额定容量与放电时电池的实际可用容量的比值作为容量修正系数。容量修正系数表达为：
[0070][0071]
其中，k为容量修正系数，q
额
为电池放电时的额定容量，q
d
为电池放电时在电池温度和放电倍率下的实际可用容量。
[0072]
具体地，容量修正系数随着电池容量影响参数的变化而动态变化，因此容量修正系数可以表达为对应于电池温度和充放电倍率条件下的实际可用容量的函数，如上面的公
式(1)和公式(2)。
[0073]
进一步地，在电池充电时，如图2所示，对应电池温度和充电倍率下的电池实际可用容量测试方法流程图包括步骤s10-步骤s14。
[0074]
s10：将电池温度调整至目标温度，并稳定一段时间；
[0075]
s11：以标称倍率恒流放电至放电截止电压，此时soc为0％；
[0076]
s12：将电池静置一段时间；
[0077]
s13：以目标倍率恒流恒压(cc-cv)充电至soc为100％；
[0078]
s14：以充电过程中累积安时容量作为电池在此温度和充电倍率条件下的充电容量q
c
。
[0079]
或者，在电池放电时，如图3所示，对应电池温度和放电倍率下的电池实际可用容量测试方法流程图包括步骤s20-步骤s26。
[0080]
s20：将电池温度调整至目标温度，并稳定一段时间；
[0081]
s21：以标称倍率恒流放电至放电截止电压，此时soc为0％；
[0082]
s22：将电池静置一段时间；
[0083]
s23：以标称倍率恒流恒压(cc-cv)充电至soc为100％；
[0084]
s24：将电池静置一段时间；
[0085]
s25：以目标倍率恒流放电至放电截止电压；
[0086]
s26：以放电累积安时容量作为电池在此温度和倍率条件下的放电容量q
d
。
[0087]
进而，根据上述测试方法，进行不同温度、倍率下的电池充放电测试，记录电池充放电的实际可用容量，以此获得充电过程或放电过程中电池的实际可用容量随温度和倍率变化的二维矩阵，进一步地，按照公式(1)或公式(2)，将电池的额定容量与上述测试获得的不同温度、充放电倍率下的电池实际可用容量相除，从而获得容量修正系数随电池温度和充放电倍率变化的二维矩阵。
[0088]
例如，该二维矩阵可以表达为：
[0089][0090]
其中，t1-tn为电池温度，f1-fn为充放电倍率。例如，在电池温度为t1，充放电倍率为f1的条件下，对应的容量修正系数为k
11
。如图4和图5所示为通过上述测试方法获得的某款电芯分别在充电和放电过程中容量修正系数随电池温度和充放电倍率变化的三维图形。
[0091]
进一步地，如图6所示，根据容量修正系数修正理论soc变化量，以获得实际soc变化值的过程，包括步骤s30-步骤s33。
[0092]
步骤s30，检测电池温度和充放电倍率。
[0093]
具体地，例如，可以通过配置温度传感器，检测充放电时的电池温度。通过动力电池测试设备检测电池的充放电倍率。
[0094]
步骤s31，根据电池温度和充放电倍率获得容量修正系数。
[0095]
在实施例中，其容量修正系数可以为对应不同电池温度和不同充放电倍率下的二
维矩阵，如上面的矩阵。
[0096]
具体地，在不同电池温度以及不同充放电倍率下进行充放电容量测试，记录在此电池温度和充放电倍率条件下电池的实际可用容量，建立不同电池温度、不同充放电倍率下的容量修正系数二维矩阵。
[0097]
进一步地，在实施例中可以根据电池当前的温度以及充放电倍率作为输入条件，代入预先测试获得的容量修正系数的二维矩阵中，通过线性插值法查表得到对应的容量修正系数。
[0098]
其中，构成二维矩阵的数据一般为离散的状态，只能根据部分电池温度和充放电倍率下电池的实际可用容量进行计算，随着矩阵维度的增加可以提高容量修正系数的准确性，但也会增加前期试验的周期，而且由于电池温度、电流的动态变化，不可能得到所有的数据点，因此，可以采用线性插值的方法获得对应的容量修正系数。
[0099]
步骤s32，根据容量修正系数获得实际可用容量。
[0100]
具体地，根据上述实施例中容量修正系数与电池额定容量之间的函数关系，获得电池的实际可用容量。例如，针对充电过程，电池的实际可用容量为针对放电过程，电池的实际可用容量为
[0101]
步骤s33，替换理论可用容量为实际可用容量，以获得实际soc变化量。
[0102]
在实施例中，理论soc变化量中包括电池的理论可用容量，具体地，将充放电过程中通过安时积分法累积容量得到的理论soc变化量中的理论可用容量q
理论
替换为实际可用容量q
c
或q
d
，进而实现对理论soc变化量的修正，使得soc变化量更加接近于电池当前实际状态下的实际soc变化量，进而，实际soc变化量表达为
[0103]
进一步地，通过计算初始soc值与实际soc变化量的和值，进而将该和值作为电池的soc估算值。例如，soc估算值可以表达为：
[0104][0105]
其中，soc(t0)表示由开路电压法通过soc-ocv查表得到的充放电过程初始时刻的初始soc值，表示在充放电过程中通过安时积分法累积容量得到并根据容量修正系数k修正后的实际soc变化量。另外，基于开路电压法和安时积分法进行soc迭代计算过程时，soc(t0)为上一次修正后的soc变化量，且额定容量保持不变。
[0106]
由上面实施例的soc估算值表达式例如公式(3)，本发明实施例的方法，在开路电压结合安时积分的基础上，其中，电池额定容量保持不变，通过随实时的电池容量影响参数变化的容量修正系数对容量进行动态修正，相较于现有技术采用固定的可用参数q
可用
，考虑实际应用情况，即考虑电池可用容量随电池实际状态的变化，在电池充放电时对可用容量
进行实时动态修正，可以使电池soc值的估算更加精确，实现对电池soc的在线估算。
[0107]
根据本发明实施例的估算电池soc的方法，在使用开路电压法和安时积分法的基础上，根据实时的电池容量影响参数获得容量修正系数，通过动态变化的容量修正系数对理论soc变化量进行动态修正，从而实现电池soc的在线估算，相较于采用固定的可用容量参数，可以减小因电池实际充放电状态变化而造成的soc变化量计算误差，提高估算电池soc值的精确性。
[0108]
本发明第二方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该计算机程序被执行时实现上面实施例的估算电池soc的方法。
[0109]
基于上面实施例的估算电池soc的方法，下面参照附图5描述本发明实施例第三方面提出的估算电池soc的装置。
[0110]
如图7所示，为本发明实施例提出的一种估算电池soc的装置结构示意图。在实施例中，估算电池soc装置100包括电压采集模块10、电流采集模块20、至少一个处理器30及与至少一个处理器通信连接的存储器40。其中：
[0111]
电压采集模块10，用于采集电池的端电压。
[0112]
电流采集模块20，用于采集电池的电流数据。
[0113]
存储器40有可被至少一个处理器30执行的指令，该指令被至少一个处理器30执行时，使至少一个处理器30执行上面实施例的估算电池soc的方法，其中，估算电池soc的方法可以参照上面实施例的说明。
[0114]
根据本发明实施例的估算电池soc的装置100，通过采用上面实施例的估算电池soc的方法，根据电池容量影响参数的不同获得对应的容量修正系数，并根据容量修正系数对理论soc变化量进行动态修正，可以减小因电池实际充放电状态变化而造成的soc变化量计算误差，获得更加精确的电池soc值。
[0115]
本发明实施例第四方面提出一种车辆，如图8所示，本发明实施例的车辆1包括电池200和实施例中估算电池soc的装置100。例如，电池200可以包括锂电池、镍铬电池等。
[0116]
根据本发明实施例的车辆1，通过采用上面实施例的估算电池soc的装置100，可以获得更加精准的电池soc值，防止电池因过充或过放造成不可逆的损伤，保证电池的使用寿命。
[0117]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0118]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。