估算优化方法、电池系统以及非易失性存储介质与流程

1.本发明涉及混联系统的soc估算技术领域，具体而言，涉及一种估算优化方法、电池系统以及非易失性存储介质。


背景技术：

2.目前，随着锂电池的大规模应用，特别是新能源汽车的大力推广，用户对电池性能的要求也越来越高。现在电动汽车中所采用的动力电池主要分为磷酸铁锂体系电池(lfp)与三元体系电池(ncm)。为了兼顾磷酸铁锂体系电池在安全性能上的优势和三元体系电池在能量密度和温度性能上的优势，近年来人们开发了混联电池系统，也就是将lfp电池和ncm电池在一个电池系统里面共同装配，发挥作用。
3.然而，由于在混联系统中有两种或者两种以上的电芯体系，不同材料体系的ocv曲线，使用soc窗口，衰减速率及自放电速率都不相同，造成soc估计困难，且不同电芯体系之间的衰减速率差异及自放电速率差异使得soc估算的准确性较差。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种估算优化方法、电池系统以及非易失性存储介质，以解决现有技术中的混联系统的soc估算准确性较差的技术问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电池系统的荷电状态soc估算优化方法，电池系统至少包括第一体系电池和第二体系电池；估算优化方法用于对电池系统的荷电状态soc的估算进行优化，优化方法包括：获取第一体系电池和第二体系电池分别在不同soc和不同温度时的自放电率，获取第一体系电池和第二体系电池的存储工况以分别计算第一体系电池的第一自放电量和第二体系电池的第二自放电量；将第一自放电量与第二自放电量进行比较；根据第一自放电量和第二自放电量的比较结果，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，以对第一自放电量和第二自放电量进行均衡。
6.进一步地，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，包括：计算第一自放电量和第二自放电量的自放电量差值；控制第一自放电量和第二自放电量中的自放电量小的体系电池以自放电量差值进行放电。
7.进一步地，获取第一体系电池的自放电率，包括：根据第一体系电池存储的温度范围和soc范围选取温度值t1,t2,
…
,tm和soc值soc1,soc2,
…
,socn；将第一体系电池分别在不同的温度和不同soc状态下进行存储测试，并测试各状态到达指定时间的自放电量；根据到达指定时间的自放电量计算不同温度和不同soc状态下的自放电速度，以得到自放电速率矩阵。
8.进一步地，测试各状态到达指定时间的自放电量，包括：利用bms定时唤醒并检测第一体系电池的soc状态、存储温度和存储时间，以计算第一体系电池的自放电量。
9.进一步地，优化方法还包括：利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对
第二体系电池的socb进行修正。
10.进一步地，利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对第二体系电池的socb进行修正，包括：根据修正公式计算第二体系电池修正后的socb，修正公式为：
11.，
12.其中，表示计算开始的第二体系电池的初始soc，表示计算开始第一体系电池的初始soc，指的是第一体系电池的初始容量，指的是第二体系电池的初始容量。
13.进一步地，利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对第二体系电池的socb进行修正之前，优化方法还包括：建立第一体系电池的soha和第二体系电池sohb之间的soh映射关系sohb＝f(soha)；使用的方法计算第一体系电池的soha，并根据上述映射关系计算第二体系电池的sohb。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种电池系统，电池系统包括第一体系电池和第二体系电池，电池系统还包括：获取模块，被设置为获取第一体系电池和第二体系电池分别在不同soc和不同温度时的自放电率，获取第一体系电池和第二体系电池的存储工况以分别计算第一体系电池的第一自放电量和第二体系电池的第二自放电量；比较模块，被设置为将第一自放电量与第二自放电量进行比较；均衡模块，被设置为根据第一自放电量和第二自放电量的比较结果，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，以对第一自放电量和第二自放电量进行均衡。
15.进一步地，第一体系电池和第二体系电池中的一个为磷酸铁锂体系电池，第一体系电池和第二体系电池中的另一个为三元体系电池。
16.根据本发明的另一方面，提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括程序，程序采用上述提供的估算优化方法。
17.应用本发明的技术方案，能够在一定程度上消除不同材料体系电池之间的可用容量的差异，从而便于提高对soc的估计精度，实现了自放电差异均衡机制，以消除因不同材料体系之间自放电差异造成的可用容量差异。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本发明的实施例提供的估算方法的流程示意图。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
21.如图1所示，本发明的实施例一提供了一种用于电池系统的荷电状态soc估算优化方法，电池系统至少包括第一体系电池和第二体系电池；估算优化方法用于对电池系统的
荷电状态soc的估算进行优化，优化方法包括：获取第一体系电池和第二体系电池分别在不同soc和不同温度时的自放电率，获取第一体系电池和第二体系电池的存储工况以分别计算第一体系电池的第一自放电量和第二体系电池的第二自放电量；将第一自放电量与第二自放电量进行比较；根据第一自放电量和第二自放电量的比较结果，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，以对第一自放电量和第二自放电量进行均衡。
22.具体地，在混联系统的soc估算中，在第一体系电池和第二体系电池之间建立soc映射关系、在第二体系电池与电池系统之间建立soc映射关系，以实现第一体系电池和第二体现电池之间不同衰减速率造成的soc使用区间失衡的调整。由于不同材料体系电池之间的自放电特性并不相同，且这个差异是随着时间的累计而增大的。现有估算方法一般忽略了这种差异，而采用本实施例中的方法，能够在一定程度上消除不同材料体系电池之间的可用容量的差异，从而便于提高对soc的估计精度。上述方法可以理解为一种自放电差异均衡机制，以消除因不同材料体系之间自放电差异造成的可用容量差异。
23.具体地，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，包括：计算第一自放电量和第二自放电量的自放电量差值；控制第一自放电量和第二自放电量中的自放电量小的体系电池以自放电量差值进行放电。采用这样的方法，能够便于对第一自放电量和第二自放电量进行有效均衡，并使得第一放电量和第二自放电量大小相等，从而便于更好地提高对soc的估算精度。
24.在本实施例中，获取第一体系电池的自放电率，包括：根据第一体系电池存储的温度范围和soc范围选取温度值t1,t2,
…
,tm和soc值soc1,soc2,
…
,socn；将第一体系电池分别在不同的温度和不同soc状态下进行存储测试，并测试各状态到达指定时间的自放电量；根据到达指定时间的自放电量计算不同温度和不同soc状态下的自放电速度，以得到自放电速率矩阵。采用这样的方法，能够便于快速准确获取第一体系电池的自放电率。第二体系电池的自放电率的获取方式与第一体系电池的自放电率的获取方式相同。
25.具体地，测试各状态到达指定时间的自放电量，包括：利用bms定时唤醒并检测第一体系电池的soc状态、存储温度和存储时间，以计算第一体系电池的自放电量。采用这样的方法，能够便于准确计算得到第一体系电池的自放电量。第二体系电池的自放电量与第一体系电池的自放电量的计算方法相同。
26.在本实施例中，优化方法还包括：利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对第二体系电池的socb进行修正。采用这样的方法，考虑了不同衰减速率差异对soc的估计精度的影响，从而便于有效提高soc的估计精度。
27.具体地，利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对第二体系电池的socb进行修正，包括：根据修正公式计算第二体系电池修正后的socb，修正公式为：
28.，
29.其中，表示计算开始的第二体系电池的初始soc，表示计算开始第一体系电池的初始soc，指的是第一体系电池的初始容量，指的是第二体系电池的初始容量。采用这样的计算方法，能够便于有效对第二体系电池进行修正，以提高第
二体系电池的socb的估算准确性。
30.在本实施例中，利用第一体系电池的soha和第二体系电池的sohb对第二体系电池的socb进行修正之前，优化方法还包括：建立第一体系电池的soha和第二体系电池sohb之间的soh映射关系socb＝f(soha)；使用的方法计算第一体系电池的soha，并根据上述映射关系计算第二体系电池sohb。采用这样的方法，建立第一体系电池和第二体现电池之间的映射关系，并提高sohb的准确性。
31.本实施例中的优化方法还适用于大于两种材料系统的混联系统。
32.具体地，自放电差异均衡机制具体实现如下：在soc估计算法中引入自放电衰减计算模块，使用体系电池在不同soc和温度存储时的自放电率，根据存储工况计算体系电池的自放电量。然后将不同的体系电池(可以包括第一体系电池和第二体系电池)的自放电量进行相减得到自放电量差值。bms系统使用均衡装置，将自放电小的体系电池进行放电，放电量等于自放电量差值，保持不同体系电池之间的可用容量相等。以此，减小混联系统soc估计误差。
33.具体地，消除不同材料体系之间因衰减速率差异造成的soc误差，以如下方法实现：首先通过实验室测试，建立不同材料体系之间的soh映射关系socb＝f(soha)；然后使用的方法计算a体系soh，从而计算b体系soh。最终使用soh数据修正目标电池的soc。
34.本实施例中优化方法具体包括以下内容：
35.(1)：获取不同材料体系电池的自放电率。
36.a.体系电池的自放电速率是体系电池材料、soc、存储温度和存储时间的函数，当体系电池材料确定时，自放电速率是soc、存储温度和存储时间的函数。r
sd
＝f(soc，t，t)，其中r
sc
指的是自放电速率，单位是1％soc/day；t指的是体系电池存储温度，单位是℃；t指的是存储时间，单位是天。衰减速率这个三元函数可以通过正交试验测试获取。假定混联系统里面使用lfp体系电池(可以对应为第一体系电池和第二体系电池中的一个)和ncm体系电池(可以对应为第一体系电池和第二体系电池中的另一个)两种体系，则两个体系电池自放电速率分别为r
sd_l
和r
sd_n
。
37.根据电池特性，即使soc和存储温度相同，存储时间不同，自放电速率r
sd
一般也不同。为了便于工程上使用，将存储时间确定为bms唤醒时间的n倍，n≤100。一种建议的r
sd
获取方式如下：
38.①
根据电池存储的温度范围和soc范围选取一系列温度值t1,t2,
…
,tm和soc值soc1,soc2,
…
,socn。
39.②
电池分别在相应的温度和soc状态下进行存储测试，测试各状态到达指定时间n
×
t
wakeup
(bms的唤醒时间)时的自放电量，如表1所示：
40.表1存储时间为n
×
t
wakeup
的自放电量
[0041][0042]
③
计算各状态下自放电速度r
sd
＝c
sd
÷
(n
×
t
wakeup
)，得到自放电速率矩阵。如表2所示。
[0043]
表2存储时间为n
×
t
wakeup
的自放速率
[0044][0045]
(2)：获取不同材料体系电池的soh关系。
[0046]
通过实验室测试，建立不同材料体系之间的soh映射关系sohb＝f(soha)；然后使用的方法计算a体系soh，从而计算b体系soh。
[0047]
(3)：计算不同材料体系电池的自放电量及自放电量差异。
[0048]
a.bms定时唤醒计算自放电量。bms定时唤醒，检测体系电池的soc状态，存储温度和存储时间，计算不同体系电池的自放电量。c
sd
＝c
initial
×
soh
×rsd
×
t。其中c
sd
是体系电池的自放电电量,c
initial
指的是体系电池初始容量，soh指的是体系电池的健康状态，t指的是体系电池的存储时间。假定混联系统里面使用a体系电池(对应为第一体系电池)和b体系电池(对应为第二体系电池)两种体系，则两个自放电量分别为c
sd_a
(对应为第一体系电池的第一自放电量)和c
sd_b
(对应为第二体系电池的第二自放电量)。
[0049]
b.计算不同体系电池之间自放电电量差异。δc
sd
＝c
sd_a-c
sd_b
，单位ah。
[0050]
(4)：bms均衡不同材料体系电池自放电差异及误差分析。
[0051]
在计算完成自放电电量差异δc
sd
之后，bms开启均衡功能，对自放电小的材料体系电池进行放电，直到放电电量等于δc
sd
，如此，可以保证不同体系电池之间可用容量的相同。基于a体系电池和b体系电池放电量相同的前提，socb和soca关系如下：
[0052][0053]
其中，socb表示b体系的soc，soca表示a体系的soc，表示a体系的实际容量，
表示b体系的实际容量，表示计算开始的b体系初始soc，表示计算开始a体系的初始soc。δc
sd
是自放电量差异。
[0054]
具体地，当均衡后，上述公式中的为0。
[0055]
假设a体系电池是100ah,ncm材料，b体系电池是110ah,lfp材料，通常来讲100％soc，25℃，存储30day，lfp的自放电在1％，ncm在1.5％。则也就是说如果不修正自放电误差(也极为不采用均衡体制时)，静止时间累积一个月的估计误差就会增大到0.36％，静止时间累积十个月误差就会增大至3.6％。
[0056]
(5)：使用soh数据修正socb。
[0057]
因为所以考虑soh修正之后，socb计算公式变更为如下，
[0058][0059]
其中表示计算开始的b体系初始soc，表示计算开始a体系的初始soc，指的是a体系电池的初始容量，指的是b体系电池的初始容量。从上式可以看出，随着sohb的减小，自放电引起的误差也是越来越大。
[0060]
本发明的实施例二提供了一种电池系统，电池系统包括第一体系电池和第二体系电池，电池系统还包括：获取模块、比较模块和均衡模块，获取模块被设置为获取第一体系电池和第二体系电池分别在不同soc和不同温度时的自放电率，获取第一体系电池和第二体系电池的存储工况以分别计算第一体系电池的第一自放电量和第二体系电池的第二自放电量。比较模块被设置为将第一自放电量与第二自放电量进行比较。均衡模块被设置为根据第一自放电量和第二自放电量的比较结果，对第一自放电量和第二自放电量中自放电量小的体系电池进行放电，以对第一自放电量和第二自放电量进行均衡。
[0061]
具体的，本实施例中的第一体系电池和第二体系电池中的一个为磷酸铁锂体系电池，第一体系电池和第二体系电池中的另一个为三元体系电池。
[0062]
本发明的实施例三提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括程序，程序采用上述实施例一提供的估算优化方法。
[0063]
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：提出了一种自放电差异估计方法；在soc估计模型中引入了自放电差异计算模型；设计了混联系统中自放电差异均衡方法；能够及时消除混联系统中不同材料体系电池之间因自放电差异造成的soc估计误差，提高了soc估计精度。
[0064]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0065]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表
达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0066]
在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0067]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0068]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
[0069]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。