汽车动力电池soc的估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及汽车电池领域，具体设及汽车动力电池S0C的估算方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的环境污染、石油资源急剧消耗等影响，各 国都在积极开展研究新能源汽车研究。汽车动力电池作为电动汽车的核屯、零部件，对整车 的续驶里程、使用寿命、安全性能等有着直接的影响。汽车动力电池是由多个单体电池组成 的电池模组（也被称为电池包），电池剩余电量又称电池的荷电状态（stateof化arge，简 称SOC)是电池状态的重要参数，保证汽车动力电池的SOC维持在合理的范围内，防止过充 或者过放对电池的损伤，提高电池的使用寿命、降低维护成本提供技术支持，需要精确估算 当前电池剩余电量，因此获得准确又可靠的当前动力电池的S0C值是电池管理系统的重要 任务之一。
[0003] 目前国内外在对电池S0C的准确估算方面已经做出了大量的研究，但常用的方法 仍然是简单的开路电压法和安时积分法相结合。开路电压法是电池管理系统静止后再次上 电工作时，根据单体电压查表静态0CV数据，估算电池的初始S0C值。安时积分法是将电池 的充放电电流对时间进行积分运算，估算电池的动态S0C值。
[0004] 开路电压法需要动力电池静置足够长的时间，该在工作条件下显然是不易实现 的。安时积分法对电流采样精度要求较高，若动力电池长时间在S0C高端进行充放电，会产 生较大的积累误差。另外，汽车动力电池S0C的使用区间一般在30-70%之间，若长时间无 低端修正，使用安时积分法会造成较大误差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种实时、准确的汽车动力电池S0C的估算方法，为此本发 明的实施例提供了如下技术方案：
[0006] 一种汽车动力电池S0C的估算方法，包括；
[0007] 利用一列电流矩阵检测电池模组，获得一列相应的电池模组测试电压；
[000引将相同的电流矩阵代入电池模组内阻模型，计算获得一列相应的电池模组预测电 压；
[0009] 根据所述电池模组测试电压和所述电池模组预测电压计算获得电池模组的内阻 变化率；
[0010] 根据所述内阻变化率计算电池模组模型的估算输出电压；
[0011] 根据所述估算输出电压、所述电池模组测试电压估算所述汽车动力电池S0C。
[0012] 优选地，所述电池模组预测电压的计算式为：
[001 引U模组预测=0CV+IXRac+IXRctXe-t/ta°+iXR肥1Xe-t/ta°+iXR肥2Xe-t/ta。，
[0014] 其中，U模组预测代表所述电池模组预测电压，OCV代表对应所述电流矩阵中的电 流的开路电压，I代表所述电流矩阵中的电流值，Rac代表电池模组模型的交流阻抗，所述交 流阻抗包括电池模组内的单体电池本身阻抗和单体电池之间的连接件的阻抗之和，Rct代表 电池模组模型的电荷转移电阻，Rwbi、Rwb2代表电池模组模型的韦伯阻抗，t为所述电流矩阵 中的电流周期间隔，tao为修正参数。
[0015] 优选地，根据所述电池模组测试电压和所述电池模组预测电压计算获得电池模组 的内阻变化率的计算式为：
[0016] U模组预测-0CV=U过电压（测量值）X(1+dR)+off;
[0017] u过电压（测量值）=u模组测试-ocv;
[001引其中，U过电压（测量值）代表利用所述电流矩阵计算获得的电池模组的过电压，U模组测试代表所述电池模组测试电压，dR代表电池模组的内阻变化率，off为补偿值，将 所述一列相应的电池模组测试电压和所述一列相应的电池模组预测电压代入内阻变化率 的计算式后利用线性插值法求得dR。
[0019] 优选地，所述估算输出电压的计算式为：
[0020] U模组估算=0CV+aXRAc+IXRcTXe-t/ta°+iXR"iXe-t/ta°+iXRw2Xe-t/ ta°)X(1+dR)，
[0021] 其中u模组估算代表电池模组模型的估算输出电压。
[0022] 优选地，估算所述汽车动力电池S0C的计算式为：
[002引S0C=S0C(。加+1Xt/C0+扣模组估算-U模组测试）XK，
[0024] 其中，SOCtow为对电池模组进行标定试验获得的对应不同0CV的S0C值，C0为电 池模组的初始电池容量，K为增益参数。
[0025] 优选地，所述增益参数为离散值，并根据SOCfaw、电压波动、电池均衡是否开启、温 度取不同值。
[0026] 优选地，所述增益参数为K胃、和K<6S个离散值。
[0027] 优选地，当S0C<。^处于预定范围W外时，如果单体电池的电压波动小于阔值，则所 述增益参数取K胃，如果单体电池的电压波动大于阔值，则所述增益参数取;当S0Ctow处 于预定范围W内时，如果单体电池的电压波动小于阔值，则所述增益参数取K胃。
[002引优选地，当电池均衡未开启时，所述增益参数取K<6，当电池均衡开启时，所述增益 参数取K高。
[0029] 优选地，当S0(Vv>处于预定范围W内时，如果温度处于预定区间W内，所述增益参 数取，如果温度处于低值范围，所述增益参数取K胃，如果温度处于高值范围，所述增益参 数取K低。
[0030] 本发明的实施例利用在时间上存在间隔的电流形成的电流矩阵来检测出电池模 组测试电压，同时在电池模组内阻模型中利用相同的电流矩阵来计算出理论上的电池模组 预测电压，从而影响电池模组测试电压与电池模组预测电压之间的差值的电池模组的内阻 变化率能够被计算出，再利用电池模组的内阻变化率在电池模组模型中计算电池模组模型 的估算输出电压，最后利用估算输出电压与电池模组测试电压来估算汽车动力电池S0C，该 样就将理论值与实测值相结合来进行估算，正确地反映出了电池模组的内阻变化率的实时 变化对S0C的影响。本方法相当于将开路电压法和安时积分相结合，利用电池模组测试电 压的矩阵和电池模组预测电压的矩阵来进行线性插值法计算，使得估算结果更加准确。
[0031] 进一步地，本发明的实施例根据soc<。^、电压波动、电池均衡是否开启、温度等条 件来选取不同的增益参数，充分考虑了内、外界条件对soc的影响，使得估算结果更加准 确。
【附图说明】
[0032] 接下来将结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细说明，其中：
[0033] 图1是本发明的实施例的电池模组模型的示意图；
[0034] 图2是本发明的实施例的电池模组内阻模型的示意图；
[0035] 图3是本发明的实施例的电流矩阵一电池模组测试电压和电池模组预测电压一 电池模组的内阻变化率的对应关系图。
【具体实施方式】
[0036] 在本实施例的汽车动力电池S0C的估算方法中，估算汽车动力电池S0C所采用的 计算式为：
[0037] S0C=SOC(〇加+1Xt/C0+ 扣模组估算-U模组测试）XK，（1)
[003引其中，SOCtow为当前开路电压（即，0CV)所对应的S0C值，通过台架对电池模组进 行S0C-0CV标定试验，获得对应不同0CV的S0C值，并形成表格。在进行估算时，SOCtow的 值能够直接通过查表获得。例如，表1示例性地示出了一组汽车动力电池的电池模组在充 放电状态下的对应不同0CV的S0C值（即，soc<。加）。
[0039] 表 1
[0040]
[0041]例如，在表1中，能够查询到对应放电0CV为232. 77V时S0C为40%，即S0C<a"> = 40%。
[0042] 并且，在上述计算式（1)中，CO为电池模组的初始电池容量，该初始电池容量也能 够被标定出；I代表电池管理系统炬M巧在预定的进行采样的电流周期间隔中的电流值， 例如将电流周期间隔设定为100ms，则I代表电池模组当前100ms的电流值，每100ms进 行一次电流采样，则形成一个I的电流矩阵；t为电流矩阵中的电流周期间隔，例如上述的 100ms，当然该电流周期间隔能够根据实际需要和BMS的工作能力进行设定；U模组估算代 表电池模组模型的估算输出电压，该电池模组模型为一个理论模型，将在下文中详细描述； U模组测试代表电池模组测试电压，即电池管理系统没个电流周期间隔进行电流采样后获 得的电池模组的输出电压；K为增益参数。
[0043] 在计算式（1)的各项自变量中，SOCtow能够查表获得，I和t为设定值，C0为电池 模组本身物理量，能够标定得到，增益参数K也能够进行设定。在本实施例中，K为离散值， 并根据SOCtow、电压波动、电池均衡是否开启、温度取不同值。更详细地，增益参数K取K胃、 K中和Kffi立个离散值，例如取K高=5Xe-4、K巾=3Xe-4、K低=5Xe-4。K的取值标准如下；
[0044] 首先考虑SOCVrt及单体电池的电压波动影响，当SOCtoert处于预定范围W外时，如 果单体电池的电压波动小于阔值，则增益参数K取K胃，如果单体电池的电压波动大于阔值， 则增益参数K取K^;当SOCfaw处于预定范围W内时，如果单体电池的电压波动小于阔值， 则所述增益参数取K胃。例如，选取汽车动力电池S0C的一般使用区间30-70%作为预定范 围，选取电池模组内的单体电池的电压波动lOmv为阔值，则当S0Ctow<30%或者S0Ctow> 70%时，如果单体电池的电压波动小于lOmv，将会造成S0C的较大波动，则取K胃，如果单体 电池的电压波动大于lOmv，则取K^;当S0C 处于【30%，70%】的范围内时，如果单体电 池的电压波动<lOmv，将会造成S0C较大波动，取K胃。
[0045] 接下来，考虑电池模组的电池均衡电路是否开启对S0C的影响，当电池均衡未开 启时，单体电池的电压采集误差较小，波动较小，此时增益参数K取K<6，反之，当电池均衡开 启时，则增益参数K取K高。