电池组的电池单体soc和容量估计算法的选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池管理技术领域，具体涉及电池单体S0C和容量估计算法的选择方 法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池荷电状态（S0C，State of Charge)反映电池的剩余电量，健康状态 (SOH，State of Health)反映电池的老化情况。电池组容量的大小关系到成组电池的能量 密度和电动汽车的最大行驶里程，对于电池组容量进行估计是电池管理系统的重要功能之 一。为了保证对电动汽车剩余行驶里程的估计，需要对电池组容量估计误差提出相应的要 求。
[0003] 现有技术中存在多种基于不同数学模型的电池单体的S0C和S0H的在线估计方法， 能达到的精度各有不同，实现的难度也不相同。例如，比较常用的S0C估计方法包括加权融 合算法、卡尔曼滤波算法以及不同类型的观测器等。对S0H的估计方法有电压微分法、内阻 测量法以及容量增量法。通常估计方法达到的精度越高，实现难度越大，需要进行的计算越 复杂，对电池管理系统的要求也越高。在实际应用中面临着对这些估计方法进行选择的问 题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种电池单体S0C和容量估计算法的选择方法。
[0005] -种电池组的电池单体S0C和容量估计算法的选择方法，包括如下步骤：
[0006] S1:建立电池单体的容量和S0C估计误差与电池组容量估计误差的关系；
[0007] S2:定义参数价为电池单体的容量与电池组容量的比值，根据电池组的一致性的 特点，即容量之间差异和S0C之间差异，估算参数价的大小；
[0008] S3:根据步骤S1建立的关系及步骤S2估算的参数RC的大小，对特定的电池组估计 容量误差目标，计算电池单体S0C和容量估计误差的范围；以及
[0009] S4:根据该电池单体S0C和容量估计误差的范围选择电池单体S0C和容量估计算 法。
[0010] 本发明将电池组容量估计误差与电池单体的容量和S0C的估计误差建立定量关 系，当电池管理系统给出一个需要的电池组估计容量误差目标，可以选择合适精度的电池 单体容量估计方法和S0C估计方法。因此，本发明对电池管理系统的电池单体S0C和容量估 计算法精度的选择是基于电池组容量估计误差的要求，从而避免了盲目提高估计算法精 度，无必要的增加电池管理系统的复杂程度和运算量的问题，优化了电池管理系统的设计。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例只考虑电池单体S0C估计误差的容量-电量散点图。
[0012] 图2为本发明实施例只考虑电池单体容量估计误差的容量-电量散点图。
[0013] 图3为本发明实施例考虑电池单体S0C和容量估计误差的容量-电量散点图。
[0014] 图4为本发明实施例参数Rc与电池组S0C和容量分布的关系图。
[0015]图5为本发明实施例电池组容量估计误差、电池单体的容量和S0C的估计误差关系 图。
【具体实施方式】
[0016] 以下将结合附图对本发明的电池组的电池单体S0C和容量估计算法的选择方法作 进一步的详细说明。
[0017] 首选，对本发明说明书中涉及的一些名词进行解释。
[0018]本发明说明书中提到的"电量"（electric charge)是指电池在某一时刻具有的实 际电量。
[0019]本发明说明书中提到的"容量"（capacity)是指电池在完全充电状态具有的实际 电量，也就是电池能够存储的最大电量。
[0020] 本发明说明书中提到的"荷电状态"（S0C)，代表的是电池使用一段时间或长期搁 置不用后的电池所具有的电量与电池完全充电状态时具有的电量的比值，取值范围为〇~ 1，当soc = o时表示电池放电完全，当S0C=1时表示电池完全充满。
[0021] 本发明说明书中提到的"健康状态"（S0H)代表的是电池实际容量与初始容量的比 值。电池在出厂时的容量为初始容量，随着电池的不断使用，电池的实际容量会逐渐减少。 [0022]本发明实施例提供一种电池组的电池单体S0C和容量估计算法的选择方法，包括 如下步骤：
[0023] S1:建立电池单体的容量和S0C估计误差与电池组容量估计误差的关系；
[0024] S2:定义参数Rc为电池单体的容量与电池组容量的比值，根据电池组的一致性的 特点，即容量之间差异和S0C之间差异，估算参数RC的大小；
[0025] S3:根据步骤S1建立的关系及步骤S2估算的参数RC的大小，对特定的电池组估计 容量误差目标，计算电池单体S0C和容量估计误差的范围；以及
[0026] S4:根据该电池单体S0C和容量估计误差的范围选择电池单体S0C和容量估计算 法。
[0027]该电池组优选为串联电池组。在理论上，由相同电池单体串联而成的串联电池组 的容量等于电池单体的容量。但在实际应用中，组成电池组的各电池单体存在着不一致性， 不同电池单体的容量和电量都会存在差异。因此，在相同时刻，不同电池单体的剩余放电电 量不同。对电池组进行放电时，剩余放电电量最小的电池单体会最先达到放空电量状态，如 果此时继续对电池组放电，就会出现电池单体过放的情形。下文将该剩余放电电量最小的 电池单体的该剩余放电电量简称为"最小剩余放电电量"。所以，为避免过放情形，电池组可 以放电的最大电量为该最小剩余放电电量。同样，由于电池单体存在不一致性，不同电池单 体的剩余充电电量不同。对电池组进行充电时，剩余充电电量最小的电池单体会最先达到 充满电量状态，如果此时继续对电池组充电，就会出现电池单体过充的情形。下文将该剩余 充电电量最小的电池单体的该剩余充电电量简称为"最小剩余充电电量"。所以，为避免过 充情形，电池组可以充电的最大电量为该最小剩余充电电量。
[0028]为避免由电池组中多个电池单体之间存在不一致性导致的某个电池单体的过充 或过放情形，本发明实施例该电池组的容量是在标准环境温度下（25°C)，以电池单体容量 标定电流，从电池组一节电池单体为充满电量状态(其他电池单体处在非过充状态)放电到 一节电池单体为放空电量状态(其他电池单体处在非过放状态)这一过程中电池组释放的 总电量。
[0029] 因此该电池组容量即为该最小剩余放电电量和该最小剩余充电电量之和，即满足
，其中Cpack是电池组容量，n是电 池组的电池数目。SOCi为组成电池组的各电池单体的S0C，Ci为组成电池组的各电池单体的 容量，souXCi为各电池单体的剩余放电电量，-n X C；)即为该最小剩余放电电 In泠 量，（1-SOCi) XCi为各电池单体的剩余充电电量，1(1 - )即为该最小剩余 充电电量。
[0030] 可以看到电池组容量是由两个极端电池单体(具有该最小剩余放电电量的电池单 体，下文称为电池单体B)和具有最小剩余充电电量的电池单体(下文称为电池单体A))的容 量和S0C确定的，而这两个电池单体的确定需要知道电池组所有电池单体的容量和S0C，也 就是说，该电池组容量的估计需要基于所有电池单体的容量和S0C的估计。因此，该电池单 体的容量和S0C估计误差与该电池组容量的估计误差之间存在关系。
[0031] 在该步骤S1中，该电池单体的容量和S0C估计误差与电池组容量估计误差的关系 通过下式建立。
[0032] 该电池组容量绝对误差为：
[0034]电池组容量相对误差为：
[0036]其中，a %为电池单体S0C的绝对估计误差，%为电池单体容量的相对估计误差。 CA_est为电池管理系统给出的电池单体A的容量，CB est为电池管理系统给出的电池单体B的 容量。CA为电池单体A的实际容量，CB为电池单体B的实际容量。S0C A为电池单体A的实际S0C， S0CB为电池单体B的实际S0C，即Ca、CB、SOCa及S0CB均为实际值。
[0037]下面对该电池单体的容量和S0C估计误差与电池组容量估计误差关系的建立过程 进行说明：
[0038] (1)当电池单体容量估计准确，S0C存在估计误差时，这时电池管理系统给出的电 池单体A和电池单体B的容量等于其真实值，分别为C A和C^SOC的估计误差一般用绝对误差 来表示，即a%，那么，电池单体A的S0C真实值SOCa和电池单体B的S0C真实值S0C B所在范围 为：
[0039] SOCa^ [ S0CA_est-a % , S0CA_est+a % ]；
[0040] SOCb e [ S0CB_est-a % , S0CB_est+a % ] 〇
[0041 ] 其中，S0CA_est为电池管理系统给出的电池单体A的SOC，S0CB_est为电池管理系统给 出的电池单体B的S0C。
[0042]所以，电池单体A的电量真实值Qa和电池单体B的电量真实值Qb所在范围为：
[0043] QaE [CaX (SOCa-est-a%)，CaX (SOCa-est+a%)];
[0044] QBe [Cb X (SOCb-est-a% )，Cb X (SOCb-est+a% )]。
[0045] 请参阅图1，在容量-电量散点图（C-Q图）中可以画出电池单体真实值的范围来分 析电池组的容量，电池单体电量真实值是一个范围，电池单体在C-Q图中的可能状态值分布 在一个线段上