本發(fā)明屬于電池管理及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電池特性曲線的SOC估算方法及裝置。

背景技術(shù)：

在能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，電動(dòng)汽車(chē)由于其零污染和能源利用率高的特點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛地使用。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，電池是其動(dòng)力來(lái)源的核心部件，而電池管理系統(tǒng)又對(duì)觀測(cè)電池的狀態(tài)、確保電池的安全起著重要的作用。在電池的狀態(tài)參數(shù)中，電池荷電狀態(tài)(SOC)通常被用來(lái)衡量電池剩余容量、續(xù)航里程以及表征電池的可用能量。

現(xiàn)階段SOC估算方法主要有安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法、卡爾曼濾波算法或其衍生算法。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問(wèn)題：

現(xiàn)有的SOC估算方法大多基于電池單體而且計(jì)算復(fù)雜度太高，對(duì)微處理器的計(jì)算速度要求較高，算法收斂速度慢，導(dǎo)致SOC計(jì)算的誤差較大，很難滿足實(shí)際的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于電池特性曲線的SOC估算方法及裝置。

具體而言，包括以下的技術(shù)方案：

一種基于電池特性曲線的SOC估算方法，所述方法包括：

獲取初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期；

根據(jù)所述初始電池荷電狀態(tài)、所述電池工作電流值、所述電流采樣周期、所述電池容量，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)；

當(dāng)所述電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池荷電狀態(tài)；

求取所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)之差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值；

當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值不大于所述荷電狀態(tài)閾值時(shí)，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述第一電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC₁＝SOC₀+(η*I*ΔT)/Q

式中：SOC₀為初始電池荷電狀態(tài)；I為電池工作電流值；ΔT為電流采樣周期；Q為電池容量；η為電池充電效率；SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述電池單體電壓值通過(guò)芯片或光耦采樣電路測(cè)量得到，所述電池單體溫度值通過(guò)光耦采樣電路測(cè)量得到，所述電池工作電流值通過(guò)霍爾傳感器采集得到。

進(jìn)一步地，所述當(dāng)所述電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池荷電狀態(tài)具體包括：當(dāng)所述電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，獲取所述電池單體電壓值的最小值和所述電池單體溫度值的最小值，代入到預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線中，得到第二電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)，得到最終電池荷電狀態(tài)，所述最終電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC＝η₁SOC₁+η₂SOC₂

式中：SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)；SOC₂為第一電池荷電狀態(tài)；SOC為最終電池荷電狀態(tài)；η₁+η₂＝1，η₁和η₂表示修正因子，且0＜η₁、η₂＜1，修正因子的取值由SOC₁和SOC₂的權(quán)值決定。

一種基于電池特性曲線的SOC估算裝置，所述裝置包括：

獲取模塊，用于獲取初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期；

計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述初始電池荷電狀態(tài)、所述電池工作電流值、所述電流采樣周期、所述電池容量，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)；

狀態(tài)獲取模塊，用于當(dāng)所述電池組工作電流值小于電流閾值且所述持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池荷電狀態(tài)；

狀態(tài)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)做差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值；

確定模塊，用于當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值不大于所述荷電狀態(tài)閾值時(shí)，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述第一電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC₁＝SOC₀+(η*I*ΔT)/Q

式中：SOC₀為初始電池荷電狀態(tài)；I為電池工作電流值；ΔT為電流采樣周期；Q為電池容量；η為電池充電效率；SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述電池單體電壓值通過(guò)芯片或光耦采樣電路得到，所述電池單體溫度值通過(guò)光耦采樣電路得到，所述電池工作電流值通過(guò)霍爾傳感器采集得到。

進(jìn)一步地，所述狀態(tài)獲取模塊還用于當(dāng)所述電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，獲取所述電池單體電壓值的最小值和所述電池單體溫度值的最小值，代入到預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線中，得到第二電池荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述確定模塊，用于當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)中，所述最終電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC＝η₁SOC₁+η₂SOC₂

式中：SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)；SOC₂為第一電池荷電狀態(tài)；SOC為最終電池荷電狀態(tài)；η₁+η₂＝1，η₁和η₂表示修正因子，且0＜η₁、η₂＜1，修正因子的取值由SOC₁和SOC₂的權(quán)值決定。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果：

通過(guò)提出一種基于電池特性曲線的SOC估算方法及裝置，利用初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)，判斷當(dāng)所述電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池電荷狀態(tài)，求取所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)之差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值，當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)不滿足測(cè)試精度要求，需要根據(jù)所述第一電池荷電狀態(tài)和所述第二電池荷電狀態(tài)進(jìn)行修正，得到最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)所述電池荷電狀態(tài)差值不大于所述荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)可以滿足測(cè)試精度要求，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)，該基于電池特性曲線的SOC估算方法，利用簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程滿足了不同溫度下SOC測(cè)試精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SOC的估算與校正，計(jì)算方法簡(jiǎn)便可行，試用范圍廣。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的一種基于電池特性曲線的SOC估算方法示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的一種基于電池特性曲線的SOC估算方法的方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的一種基于電池特性曲線的SOC估算裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供了一種基于電池特性曲線的SOC估算方法，以三元鋰子電池的SOC估算為例，如圖1所示，該方法如下：

步驟101：獲取初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期；

具體地，也可如圖3所示，獲取各電池單體的電壓值V₁、V₂……V_n，各電池單體的溫度值T₁、T₂……T_n，電池工作電流值I，初始電池荷電狀態(tài)SOC₀和電池容量Q，電池單體電壓值通過(guò)芯片或光耦采樣電路測(cè)量得到，電池單體溫度值通過(guò)光耦采樣電路測(cè)量得到，電池工作電流值通過(guò)霍爾傳感器采集得到。

在本實(shí)施例中，電池單體電壓值通常采用LTC680X系類(lèi)芯片或光耦切換AD采樣電路測(cè)量得到；電池單體溫度值采用溫度采集模塊或光耦切換AD采樣電路測(cè)量得到；電池工作電流值通過(guò)霍爾傳感器采集得到。

步驟102：根據(jù)初始電池荷電狀態(tài)、電池工作電流值、電流采樣周期、電池容量，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)；

具體地，也可如圖3所示，第一電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC₁＝SOC₀+(η*I*ΔT)/Q

式中：SOC₀為初始電池荷電狀態(tài)；I為電池工作電流值；ΔT為電流采樣周期；Q為電池容量；η為電池充電效率，SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)。

其中，電池充電效率在放電過(guò)程中η＝1，充電過(guò)程中η≤1，在本實(shí)施例中電池充電效率η＝0.95。

步驟103：當(dāng)電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池荷電狀態(tài)；

具體地，也可如圖3所示，在放電條件下，滿足電池工作電流值小于電流閾值，設(shè)ΔI為設(shè)定的電流閾值，在本實(shí)施例中ΔI＝2A，即I＜2A且電池工作電流小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值，設(shè)ΔTime為設(shè)定的閾值，在本實(shí)施例中ΔTime＝4min，即Time＜4min時(shí)，獲取電池單體電壓值的最小值和電池單體溫度值的最小值，代入到預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線中，即當(dāng)電池單體電壓值的最小值和電池單體溫度值的最小值都滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，就可以說(shuō)明電池組滿足上述兩個(gè)條件，不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線如圖2所示，將獲取的電池單體溫度的最小值代入到最接近的溫度下的荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線中，得到第二電池電荷狀態(tài)SOC₂。

步驟104：求取第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)之差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值；

具體地，也可如圖3所示，電池荷電狀態(tài)差值計(jì)算公式如下：

ΔSOC＝|SOC₁-SOC₂|

式中：SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)，SOC₂為第二電池荷電狀態(tài)；ΔSOC為電池荷電狀態(tài)差值。

步驟105：當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值不大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)。

具體地，也可如圖3所示，如果電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值，設(shè)M為設(shè)定的SOC閾值，即ΔSOC＞M時(shí)，根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)，得到最終電池荷電狀態(tài)，最終電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC＝η₁SOC₁+η₂SOC₂

式中：SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)；SOC₂為第一電池荷電狀態(tài)；SOC為最終電池荷電狀態(tài)；η₁+η₂＝1，η₁和η₂表示修正因子，且0＜η₁、η₂＜1，修正因子的取值由SOC₁和SOC₂的權(quán)值決定。

如果電池荷電狀態(tài)差值不大于荷電狀態(tài)閾值，即ΔSOC≤M時(shí)，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)，即SOC＝SOC₁。

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，利用電壓采樣單元通過(guò)LTC680X系類(lèi)芯片或光耦切換AD采樣電路獲取電池單體電壓值，利用溫度采樣單元通過(guò)光耦切換AD采樣電路獲取電池單體溫度值，利用電流采樣單元通過(guò)霍爾傳感器采集電池工作電流，利用中央處理單元通過(guò)飛思卡爾等單片機(jī)采集和收集外部傳輸來(lái)的電池單體電壓值、溫度值和電池工作電流值，利用基于電池特性曲線的SOC估算方法，用于完成最終電池組的SOC估算。

本實(shí)施例提供的方法，利用初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)，判斷當(dāng)所電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池電荷狀態(tài)，求取第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)之差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值，當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)不滿足測(cè)試精度要求，需要根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)進(jìn)行修正，得到最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值不大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)可以滿足測(cè)試精度要求，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)，該基于電池特性曲線的SOC估算方法，利用簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程滿足了不同溫度下SOC測(cè)試精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SOC的估算與校正，計(jì)算方法簡(jiǎn)便可行，試用范圍廣。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供了一種基于電池特性曲線的SOC估算裝置，如圖4所示，該裝置具體包括：

獲取模塊201，用于獲取初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期；

計(jì)算模塊202，用于根據(jù)初始電池荷電狀態(tài)、電池工作電流值、電流采樣周期、電池容量，計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)；

狀態(tài)獲取模塊203，用于當(dāng)電池組工作電流值小于電流閾值且持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池荷電狀態(tài)；

狀態(tài)計(jì)算模塊204，用于根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)做差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值；

確定模塊205，用于當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值不大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)。

作為上述裝置的優(yōu)選，第一電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC₁＝SOC₀+(η*I*ΔT)/Q

式中：SOC₀為初始電池荷電狀態(tài)；I為電池工作電流值；ΔT為電流采樣周期；Q為電池容量；η為電池充電效率；SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)。

在獲取模塊201中，電池單體電壓值通過(guò)芯片或光耦采樣電路得到，電池單體溫度值通過(guò)光耦采樣電路得到，電池工作電流值通過(guò)霍爾傳感器采集得到。

同時(shí)，獲取模塊201還用于當(dāng)電池工作電流值小于電流閾值的持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，獲取電池單體電壓值的最小值和電池單體溫度值的最小值，代入到預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線中，得到第二電池荷電狀態(tài)。

確定模塊205，用于當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)，確定最終電池荷電狀態(tài)中，最終電池荷電狀態(tài)的計(jì)算公式如下：

SOC＝η₁SOC₁+η₂SOC₂

式中：SOC₁為第一電池荷電狀態(tài)；SOC₂為第一電池荷電狀態(tài)；SOC為最終電池荷電狀態(tài)；η₁+η₂＝1，η₁和η₂表示修正因子，且0＜η₁、η₂＜1，修正因子的取值由SOC₁和SOC₂的權(quán)值決定。

本實(shí)施例提供的裝置，通過(guò)獲取模塊獲取初始電池荷電狀態(tài)、電池容量、電池單體電壓值、電池單體溫度值、電池工作電流值和電流采樣周期，利用計(jì)算模塊計(jì)算得到第一電池荷電狀態(tài)，當(dāng)電池組工作電流值小于電流閾值且持續(xù)時(shí)間小于時(shí)間閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的不同溫度下荷電狀態(tài)-開(kāi)路電壓曲線，得到第二電池電荷狀態(tài)，再根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)做差并取絕對(duì)值，得到電池荷電狀態(tài)差值，通過(guò)確定模塊確定當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)不滿足測(cè)試精度要求，需要根據(jù)第一電池荷電狀態(tài)和第二電池荷電狀態(tài)進(jìn)行修正，確定最終電池荷電狀態(tài)；當(dāng)電池荷電狀態(tài)差值不大于荷電狀態(tài)閾值時(shí)，說(shuō)明該溫度下的電池荷電狀態(tài)可以滿足測(cè)試精度要求，確定最終電池荷電狀態(tài)為第一電池荷電狀態(tài)，該基于電池特性曲線的SOC估算裝置，利用簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程滿足了不同溫度下SOC測(cè)試精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SOC的估算與校正，計(jì)算方法簡(jiǎn)便可行，試用范圍廣。

以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。