本發(fā)明涉及汽車(chē)電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量主動(dòng)估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

在電動(dòng)汽車(chē)上高壓電氣部件有許多，如高壓電池包，高壓分線盒，電機(jī)控制器，空調(diào)控制器，dc/dc，充電器等。動(dòng)力電池是最關(guān)鍵的部件之一，動(dòng)力電池的性能通常隨使用程度和使用和存儲(chǔ)時(shí)間增加而變?nèi)?。這種變?nèi)跤袃煞N表現(xiàn)形式：電池容量變化(變小)，和充放電功率能力在同樣的儲(chǔ)電程度和溫度下變化(變小)。行業(yè)上,對(duì)于電池容量，一般損失20％以上即表明電池不再具有足夠的容量。

如果不能有效而精確的估計(jì)電池容量的變化，勢(shì)必影響電池soc(stateofcharge)計(jì)算的精確度，進(jìn)而導(dǎo)致影響sop(stateofpower)計(jì)算的精確度。soc和sop的不精確會(huì)導(dǎo)致電池使用不當(dāng)，導(dǎo)致電池壽命縮短，并可能導(dǎo)致行車(chē)和充電安全。

行業(yè)上已有的決定鋰電池容量的方法大致有兩個(gè)：第一，將電池容量當(dāng)作一個(gè)變量，與soc，及其它模型參數(shù)一起學(xué)習(xí)。這個(gè)辦法的缺點(diǎn)是，電池容量的可觀測(cè)性及其低，因此，和其它電池模型參數(shù)相比，在一個(gè)給定的循環(huán)中，電池容量是幾乎定常的，和其它快速變化參數(shù)一起學(xué)習(xí)意義不大；第二，通過(guò)soc的定義，通過(guò)和電流積分獨(dú)立的方法(比如，電池離線足夠長(zhǎng)時(shí)間后ocv讀數(shù)再推到soc)，得到容量值，并適當(dāng)?shù)奶幚?濾波)，得到最終的容量值。

用第二種方法實(shí)現(xiàn)的算法已經(jīng)有一些。比如，美國(guó)專(zhuān)利us8751086通過(guò)對(duì)兩個(gè)soc的精確估計(jì)(通過(guò)ocv)，并將電流，溫度，電流總量考慮到算法中，實(shí)現(xiàn)了插電式混合動(dòng)力汽車(chē)電池容量計(jì)算。由于其對(duì)ocv獲取有比較苛刻的要求，可能在實(shí)際應(yīng)用中，不能及時(shí)的學(xué)習(xí)電池容量。

目前已有的基于第二種方法的容量計(jì)算，沒(méi)有考慮到純電動(dòng)汽車(chē)有其特殊的特點(diǎn)：純電動(dòng)汽車(chē)必須在使用一段時(shí)間后充電，因而現(xiàn)有的計(jì)算方法，在獲取第二個(gè)ocv時(shí)會(huì)受漏電，電流平衡等的影響，進(jìn)而降低容量計(jì)算的精度。更進(jìn)一步，連續(xù)獲得電池包穩(wěn)態(tài)值的可能性比較小，因此，必須想辦法在非理想的(也就是說(shuō)，電池沒(méi)有達(dá)到熱平衡和電平衡，進(jìn)而得到soc估計(jì)值)情況下，得到所需要的學(xué)習(xí)電芯容量的相關(guān)數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種用于純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量主動(dòng)估計(jì)方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種用于純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量主動(dòng)估計(jì)方法，用于對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量進(jìn)行周期性主動(dòng)估計(jì)，所述方法包括下列步驟：

1)判斷是否到達(dá)純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量周期性估計(jì)時(shí)間，若是則進(jìn)入步驟2)，若否則返回步驟1)；

2)判斷是否可以準(zhǔn)確獲取電池的第一soc值，若是則通過(guò)讀取第一ocv值和當(dāng)前溫度得到第一soc值并進(jìn)入步驟3)，若否則放棄估計(jì)；

3)計(jì)算純電動(dòng)汽車(chē)在運(yùn)行狀態(tài)下的總電流積分值；

4)根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間判斷是否可以估計(jì)第二soc值，若是則估計(jì)第二soc值并進(jìn)入步驟5)，若否則放棄估計(jì)；

5)根據(jù)步驟2)得到的第一soc值、步驟3)得到的總電流積分值和步驟4)得到的第二soc值進(jìn)行計(jì)算，得到純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量估計(jì)值。

所述步驟4)具體為：

41)判斷純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間是否達(dá)到第一閾值，若是則直接讀取電池端口電壓，結(jié)合電池的電芯溫度得到第二soc值，若否則進(jìn)入步驟42)；

42)判斷純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間是否達(dá)到第二閾值，若是則通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值，若否則進(jìn)入步驟43)；

43)判斷純電動(dòng)汽車(chē)是否通過(guò)慢充充電的方式進(jìn)入非離線狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟44)，若否則放棄估計(jì)；

44)在慢充充電的時(shí)間達(dá)到第一閾值時(shí)，通過(guò)小電流充電計(jì)算得到第二soc值。

所述通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值具體為：

421)讀取電池離線時(shí)間、電池初始電壓和電池后續(xù)電壓；

422)根據(jù)步驟421)讀取的結(jié)果，得到電池的第二ocv值與電池初始電壓、電池后續(xù)電壓和電池離線時(shí)間的關(guān)系式；

423)通過(guò)最小二乘法對(duì)步驟422)中的關(guān)系式進(jìn)行求解，得到電池的第二ocv值；

424)根據(jù)電池的第二ocv值與電池當(dāng)前的溫度，得到電池的第二soc值。

所述通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值還包括：重復(fù)步驟421)至423)，得到不少于用戶要求的組數(shù)的電池的第二ocv值，計(jì)算所有電池的第二ocv值的投影平均作為最終結(jié)果，進(jìn)入步驟424)。

所述通過(guò)小電流充電計(jì)算得到第二soc值具體為：

441)讀取當(dāng)前的電池電壓和溫度；

442)根據(jù)當(dāng)前的電池電壓和溫度，得到電池的第三ocv值；

443)根據(jù)soc-ocv的關(guān)系曲線，得到與第三ocv值對(duì)應(yīng)的第三soc值；

444)根據(jù)步驟443)得到的第三soc值，結(jié)合慢充充電的電流值，計(jì)算得到第二soc值，具體為：

其中，soc2為第二soc值，soc3為第三soc值，ismall為慢充充電的電流值，tcal1為慢充充電的時(shí)間，η為電池充放電效率，qold為歷史估計(jì)結(jié)果。

總電流積分值具體為：

其中，currint為總電流積分值，η為電池充放電效率，tend為純電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行時(shí)間。

所述步驟5)具體為：

51)根據(jù)步驟2)得到的第一soc值、步驟3)得到的總電流積分值和步驟4)得到的第二soc值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前估計(jì)容量qlearned；

52)根據(jù)電池的估計(jì)時(shí)間，計(jì)算當(dāng)前容量濾波系數(shù)alphanew；

53)根據(jù)步驟51)得到的當(dāng)前估計(jì)容量qlearned和步驟52)得到的當(dāng)前容量濾波系數(shù)alphanew，通過(guò)計(jì)算得到純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量估計(jì)值。

所述當(dāng)前估計(jì)容量qlearned具體為：

其中，currint為總電流積分值，soc1為第一soc值，soc2為第二soc值。

所述當(dāng)前容量濾波系數(shù)alphanew具體為：

其中，alpha為標(biāo)定濾波系數(shù)，t為電池實(shí)際壽命時(shí)鐘，t1為標(biāo)定估計(jì)時(shí)間，tc為實(shí)際估計(jì)時(shí)間。

所述純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量估計(jì)值具體為：

q＝qold×alphanew+(1-alphanew)×qlearned

其中，qold為歷史估計(jì)結(jié)果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)在獲取第一soc值和第二soc值的過(guò)程中，充分考慮了電池由于充電而帶來(lái)的離線時(shí)間的長(zhǎng)短問(wèn)題，避免了漏電或電流平衡等帶來(lái)的影響，因而得到的第一soc值和第二soc值的結(jié)果更為精確，繼而也提高了最終容量估計(jì)的準(zhǔn)確程度，精確度高。

(2)在估計(jì)第二soc值的過(guò)程中，首先考慮了電池的離線時(shí)間，對(duì)離線時(shí)間足夠長(zhǎng)的電池直接通過(guò)讀取端口電壓得到第二soc值，避免了繁瑣的估計(jì)過(guò)程，對(duì)離線時(shí)間達(dá)到要求或離線時(shí)間不達(dá)要求但通過(guò)慢充充電的電池，通過(guò)估計(jì)計(jì)算或小電流充電計(jì)算得到第二soc值，盡可能的對(duì)電池的第二soc值進(jìn)行估計(jì)，從而完成容量估計(jì)，只有對(duì)離線時(shí)間不達(dá)要求且充電方式也不達(dá)要求的電池才放棄學(xué)習(xí)，使得估計(jì)過(guò)程盡可能的完整和可行，降低了電池容量估計(jì)的門(mén)檻，更適用于實(shí)際使用。

(3)對(duì)于慢充充電的電池，仍通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值，既考慮到了常見(jiàn)的通過(guò)外界充電樁進(jìn)行充電的電動(dòng)汽車(chē)，也考慮到了利用家用充電樁進(jìn)行慢充充電的汽車(chē)，適用范圍廣

(4)利用最小二乘法計(jì)算電池的第二ocv值，繼而得到電池的第二soc值，這種計(jì)算方法更加準(zhǔn)確，提高了最終的容量估計(jì)精度。

(5)在計(jì)算第二soc值的過(guò)程中，還包括多次計(jì)算第二ocv值求取投影平均值來(lái)作為第二soc值的計(jì)算基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高了容量估計(jì)精度。

(6)在進(jìn)行容量估計(jì)的過(guò)程中，引入容量濾波系數(shù)，該容量濾波系數(shù)是根據(jù)電池的實(shí)際估計(jì)時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，因此將容量估計(jì)與估計(jì)時(shí)間進(jìn)行匹配，更加符合實(shí)際情況，精確程度高。

(7)該估計(jì)方法由于通過(guò)讀取ocv值來(lái)得到電池的soc值，因而該方法可以跟蹤每個(gè)電池單元的容量變化，實(shí)用性能強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本實(shí)施例中的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示為本發(fā)明提供的一種用于純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量主動(dòng)估計(jì)方法，用于對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量進(jìn)行周期性主動(dòng)估計(jì)，該方法包括下列步驟：

1)判斷是否到達(dá)純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量周期性估計(jì)時(shí)間，若是則進(jìn)入步驟2)，若否則返回步驟1)；

2)判斷是否可以準(zhǔn)確獲取電池的第一soc值，若是則獲取第一soc值并進(jìn)入步驟3)，若否則放棄估計(jì)；

3)計(jì)算純電動(dòng)汽車(chē)在運(yùn)行狀態(tài)下的總電流積分值：

其中，currint為總電流積分值，η為電池充放電效率，tend為純電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行時(shí)間

對(duì)于電池充放電效率η，在放電時(shí)記為1，在充電時(shí)則為電池溫度的函數(shù)；

4)根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間判斷是否可以估計(jì)第二soc值，若是則估計(jì)第二soc值并進(jìn)入步驟5)，若否則放棄估計(jì)：

41)判斷純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間是否達(dá)到第一閾值，若是則直接讀取電池端口電壓，結(jié)合電池的電芯溫度得到第二soc值，若否則進(jìn)入步驟42)；

42)判斷純電動(dòng)汽車(chē)的電池離線時(shí)間是否達(dá)到第二閾值，若是則通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值，若否則進(jìn)入步驟43)，通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值具體為：

421)讀取電池離線時(shí)間、電池初始電壓和電池后續(xù)電壓；

422)根據(jù)步驟421)讀取的結(jié)果，得到電池的第二ocv值與電池初始電壓、電池后續(xù)電壓和電池離線時(shí)間的關(guān)系式；

423)通過(guò)最小二乘法對(duì)步驟422)中的關(guān)系式進(jìn)行求解，得到電池的第二ocv值；

通過(guò)估計(jì)計(jì)算得到第二soc值還包括：重復(fù)步驟421)至423)，得到不少于用戶要求的組數(shù)的電池的第二ocv值，計(jì)算所有電池的第二ocv值的投影平均作為最終結(jié)果，進(jìn)入步驟424)；

424)根據(jù)電池的第二ocv值與電池當(dāng)前的溫度，得到電池的第二soc值；

43)判斷純電動(dòng)汽車(chē)是否通過(guò)慢充充電的方式進(jìn)入非離線狀態(tài)，若是則進(jìn)入步驟44)，若否則放棄估計(jì)；

44)在慢充充電的時(shí)間達(dá)到第一閾值時(shí)，通過(guò)小電流充電計(jì)算得到第二soc值：

441)讀取當(dāng)前的電池電壓和溫度；

442)根據(jù)當(dāng)前的電池電壓和溫度，得到電池的第三ocv值；

443)根據(jù)soc-ocv的關(guān)系曲線，得到與第三ocv值對(duì)應(yīng)的第三soc值；

444)根據(jù)步驟443)得到的第三soc值，結(jié)合慢充充電的電流值，計(jì)算得到第二soc值，具體為：

其中，soc2為第二soc值，soc3為第三soc值，ismall為慢充充電的電流值，tcal1為慢充充電的時(shí)間，η為電池充放電效率，qold為歷史估計(jì)結(jié)果；

5)根據(jù)步驟2)得到的第一soc值、步驟3)得到的總電流積分值和步驟4)得到的第二soc值進(jìn)行計(jì)算，得到純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量估計(jì)值：

51)根據(jù)步驟2)得到的第一soc值、步驟3)得到的總電流積分值和步驟4)得到的第二soc值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前估計(jì)容量qlearned：

其中，currint為總電流積分值，soc1為第一soc值，soc2為第二soc值；

52)根據(jù)電池的估計(jì)時(shí)間，計(jì)算當(dāng)前容量濾波系數(shù)alphanew：

其中，alpha為標(biāo)定濾波系數(shù)，t為電池實(shí)際壽命時(shí)鐘，t1為標(biāo)定估計(jì)時(shí)間，tc為實(shí)際估計(jì)時(shí)間；

53)根據(jù)步驟51)得到的當(dāng)前估計(jì)容量qlearned和步驟52)得到的當(dāng)前容量濾波系數(shù)alphanew，通過(guò)計(jì)算得到純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量估計(jì)值：

q＝qold×alphanew+(1-alphanew)×qlearned

其中，qold為歷史估計(jì)結(jié)果。

根據(jù)上述步驟，將電池以一個(gè)二階電路表示，如圖2所示，進(jìn)行一次完整的電池容量估計(jì)，其中，所有模型參數(shù)r0，r1，c1，r2，c2，都是已知的電池溫度函數(shù)，電池soc是電池平衡時(shí)的開(kāi)路電壓的非線性單調(diào)增長(zhǎng)函數(shù)，則估計(jì)過(guò)程過(guò)程如下：

a：依據(jù)日歷，決定是不是需要學(xué)習(xí)容量。

在其它因素對(duì)等的情況下，鋰電池容量變化遵循逆根號(hào)時(shí)間關(guān)系，也就是說(shuō)，使用的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的容量將會(huì)是初始容量除以時(shí)間的根號(hào)。

根據(jù)以上特點(diǎn)，我們?cè)赽ms軟件設(shè)計(jì)時(shí)，首先標(biāo)定一個(gè)最小容量學(xué)習(xí)時(shí)間段。bms全局時(shí)鐘決定是不是需要學(xué)習(xí)容量值。

在上述方法中日歷時(shí)間決定了什么時(shí)候必須學(xué)習(xí)容量，以及學(xué)習(xí)濾波系數(shù)，作為一個(gè)另類(lèi)方法，可以用放電量來(lái)代替日歷時(shí)間。唯一需要改變的是在濾波系數(shù)計(jì)算時(shí)，不再需要開(kāi)方。

b：決定第一soc值

一旦全局時(shí)鐘觸發(fā)了容量學(xué)習(xí)，第一件事就是通過(guò)電池包斷電時(shí)間，在keyon時(shí)，讀取每個(gè)電池單元的ocv值。這些ocv值決定了每個(gè)電池單元的第一soc值。如果電池包斷電時(shí)間過(guò)短，不能獲取這些第一soc值，那么放棄本輪容量學(xué)習(xí)，即如果第一個(gè)soc不能可靠獲取，等待下一次，這次不學(xué)了。

c：決定電流積分

在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，把總電流積分，考慮充電效率(在能量再生時(shí))。這個(gè)值將用于容量計(jì)算。

d：keyoff,等待keyon或充電觸發(fā)

純電動(dòng)車(chē)的特點(diǎn)是充電必不可少。因此，一旦keyoff,可以隨時(shí)檢測(cè)電池包離線時(shí)間。

如果在keyon/充電開(kāi)始時(shí)，這個(gè)離線時(shí)間足夠判斷第二個(gè)soc，那么可以到第g步。如果離線時(shí)間不足以判斷第二soc值，那么，需要考慮不同的喚醒方式。如果是keyon，那么可以看看是不是離線時(shí)間足以估計(jì)最終的soc值，并得到所需要的第二個(gè)soc。如果離線時(shí)間不足以估計(jì)最終得soc值，那么放棄本輪容量學(xué)習(xí)，并清除相關(guān)的變量，等待下一次學(xué)習(xí)，即進(jìn)入步驟f。如果是充電喚醒，那么可以看看是不是離線時(shí)間足以估計(jì)最終的soc值，并得到所需要的第二個(gè)soc，即進(jìn)入步驟e。如果離線時(shí)間不足以估計(jì)最終的soc值，如果是慢充，選擇用小電流充電的方法，以達(dá)到獲取第二個(gè)soc值得目的。

e：不同充電方式–家用充電樁，慢充

如果充電是家用充電樁，那么，用小電流(比如，5a)開(kāi)始定常充電，充電時(shí)間可以是對(duì)應(yīng)電池電芯離線后能夠獲取電池平衡狀態(tài)soc的時(shí)間。(這和溫度有關(guān))

f：不同充電方式－其它

放棄本輪容量學(xué)習(xí)，并清除相關(guān)的變量，等待下一次學(xué)習(xí)。

g：獲取第二soc

不論哪種情況，一旦電池包離線時(shí)間超過(guò)最小獲取電池包離線后獲取有效ocv的時(shí)間，且沒(méi)有充電電流，第二soc將可以比較精確獲取。

g_1：電芯離線時(shí)間容許soc直接從端口電壓獲取

這是個(gè)已知的辦法。通常是讀取一組端口電壓值，并獲得rms值，依據(jù)電芯溫度，倒推出soc值。

g_2：keyon/充電喚醒，且離線時(shí)間容許估計(jì)最終得soc值

具體過(guò)程為：

第一步：獲取keyoff時(shí)間(n個(gè)采樣周期，n×ts)，初始電壓v(i，1)，以及后續(xù)電壓：v(i，1)，v(i，2)，…，v(i，m)

第二步：列出方程：

第三步：用最小二乘法獲取ocv：

用最小二乘法可以得到ocv。這是需要估計(jì)的ocv值。通過(guò)ocv，和溫度(假定和現(xiàn)在讀數(shù)一致)，可以得到soc值。

第五步：如果要更進(jìn)一步的精度，上述步驟可以重復(fù)計(jì)算并將得到的ocv投影平均。

g_3：keyon喚醒或其它充電喚醒，且離線時(shí)間不容許估計(jì)最終的soc值，如前所述，本輪學(xué)習(xí)停止，等待下一次。

g_4：家用慢充充電機(jī)喚醒，且離線時(shí)間不容許估計(jì)最終的soc值，用小電流ismall充電一定時(shí)間，獲取soc2，由于電流ismall很小，時(shí)間也不長(zhǎng)，用過(guò)去的容量計(jì)算這個(gè)小的soc變化帶來(lái)的誤差可以忽略不計(jì)。

h：計(jì)算本次容量

一旦第一，第二soc決定，并且電流積分已獲取，那么可以通過(guò)定義，獲得本次容量q_learned。

i：容量濾波

在bms開(kāi)發(fā)時(shí)，會(huì)確定一個(gè)濾波系數(shù)。這個(gè)系數(shù)將隨每次容量學(xué)習(xí)間隔而調(diào)整：

濾波系數(shù)計(jì)算

考慮標(biāo)定容量學(xué)習(xí)時(shí)間是t1，實(shí)際間隔是tc，電池包實(shí)際壽命時(shí)鐘是t，那么，實(shí)際使用的濾波系數(shù)是：

alpha_new＝alpha*(sqrt(t+t1)/sqrt(t+tc))

注：使用時(shí)間的平方根的意義是，有研究表明電池容量時(shí)間上衰減是和時(shí)間平方根的逆成正比。alpha_new<＝1(如果大于1，那么設(shè)為1)，alpha本身是個(gè)標(biāo)定值，比如，0.95。

容量計(jì)算：

q＝q_old*alpha_new+(1-alpha_new)*q_learned

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：

一旦學(xué)習(xí)結(jié)束，bms將把容量，學(xué)習(xí)時(shí)間(更新到現(xiàn)在的全局時(shí)鐘)存儲(chǔ)到eeprom中。