專利名稱：電池電量狀態(tài)的計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車的鋰離子電池電量狀態(tài)的計算方法。
背景技術：
電池的電量狀態(tài)(soc)—直是電動汽車和電池研究人員共同關注并投入 大量精力研究的課題?；旌蟿恿ζ囍?，soc是整車控制器制定能量控制策 略的重要依據(jù)，國內(nèi)外較普遍地采用了 soc這一電池容量狀態(tài)描述參數(shù)。一 般soc的定義是為了準確計算電池的容量，即預測電池的剩余能量。soc
是描述二次電池狀態(tài)的一個重要參數(shù)，通常把一定溫度下二次電池充電到不
能再吸收電量時的SOC定義為SOC=100%，而將二次電池再不能放出電量 時的電量狀態(tài)定義為sooo%，目前動力電池多采用鋰離子電池，雖然鋰離
子二次電池的安全性相對于金屬鋰二次電池有了很大的提高，但仍存在著許
多隱患，例如由于電池的比能量高，且電解液大多為有機易燃物等，當電
池熱量產(chǎn)生速度大于散熱速度時，就有可能出現(xiàn)安全性問題。因此，對鋰離子
電池soc的估算是保證電池安全工作的重要步驟。
針對鋰離子電池，目前有神經(jīng)網(wǎng)絡法、模糊邏輯法、卡爾曼濾波方法、
基于能量守恒的soc估算等若干種計算soc的方法，但每種方法都存在著
缺陷，如神經(jīng)網(wǎng)絡法的精度受訓練方法和訓練數(shù)據(jù)的影響很大；模糊邏輯法 的數(shù)據(jù)處理量大，對處理器性能要求較高；卡爾曼濾波方法對系統(tǒng)處理器速 度的要求很高，不易廣泛應用；基于能量守恒的SOC估算中沒有考慮環(huán)境溫
度和循環(huán)次數(shù)對電池額定容量的影響，且算法中使用的電動勢是根據(jù)開路電
壓和soc曲線擬合經(jīng)驗方程得到的，存在一定誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有計算soc的方法中存在的受訓練方法和訓練數(shù)據(jù)的
影響較大、數(shù)據(jù)處理量較大、對處理器性能要求較高、缺乏對環(huán)境溫度和循 環(huán)次數(shù)影響電池額定容量的考慮、計算結(jié)果存在誤差的問題，提出了一種電
池電量狀態(tài)的計算方法，本發(fā)明由以下步驟實現(xiàn)
步驟一、在t時刻采集當前電動汽車的動力電源系統(tǒng)中電池的開路電壓
3Vt、工作電流It和溫度Tt,根據(jù)測得的開路電壓查詢存儲器中預存的開路電 壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始電量值Q。，根據(jù)測量值查詢
存儲器中存儲的工作溫度/溫度修正系數(shù)對應表，取得修正系數(shù)KT; 步驟二、對采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸入到存儲器中； 步驟三、讀取存儲在存儲器中的循環(huán)次數(shù)修正參數(shù)KM 步驟四、根據(jù)靜止時間計數(shù)器的讀取值，査詢存儲器中的預存表格確定 自恢復效應結(jié)束標記K的值；
步驟五、根據(jù)Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若Kfl，則上 次放電結(jié)束后已經(jīng)經(jīng)過適當?shù)撵o止時間，開路電壓已經(jīng)恢復到穩(wěn)定值，并以 當前靜止開路電壓對應的初始電量值Qo進行SOC計算；若K^M，則從存 儲器中讀取動力電源系統(tǒng)在上次停止充放電時的荷電量值Q。、進行SOC計 算；
步驟六、將所采集到的相關參數(shù)輸入處理器,中，采用公式①計算Qt: Q =《,fArO) + (i — a; )" +《,丄'①
式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；^表示充放電電流對SOC計量 的修正系數(shù)；
步驟七、根據(jù)計算結(jié)果將KL的值更新到存儲器中；
步驟八、將計算結(jié)果存儲到存儲器中，時間計數(shù)器復位以進行新一次的 靜止時間計時；
步驟九、將SOC計算結(jié)果輸出到顯示系統(tǒng)。
有益效果本發(fā)明的方法在現(xiàn)有SOC計算方法上進行改進，通過參考電 池的自恢復效應，并利用推導出的公式直接計算電池在t時刻的荷電量，提 高了本方法的計算精度和實用性，并且具有數(shù)據(jù)處理量小、對處理器性能要 求較低、誤差小的優(yōu)點。
圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖l，本實施方式的方法由以下步驟組成 步驟一、初始化信號采集系統(tǒng)2，在t時刻采集當前電動汽車的動力電 源系統(tǒng)1中電池的開路電壓Vt、工作電流It和溫度Tt，根據(jù)測得的開路電壓査詢存儲器3中預存的開路電壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始 電量值Q。，根據(jù)測量值查詢存儲器3中存儲的工作溫度/溫度修正系數(shù)對應 表，取得修正系數(shù)Kt;
步驟二、對采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸入到存儲器3中；
步驟三、讀取存儲在存儲器3中的循環(huán)次數(shù)修正參數(shù)K^， Kl是対幼力
電源目前已經(jīng)進行的充放電循環(huán)的計數(shù)值，由于動力電源系統(tǒng)的循環(huán)次數(shù)對
其當前性能有重要影響，因此使用該參數(shù)對計算結(jié)果進行修正；
步驟四、根據(jù)靜止時間計數(shù)器的讀取值，査詢存儲器3中的預存表格確 定自恢復效應結(jié)束標記K的值，Kj直反映了動力電源系統(tǒng)在上次放電過程以 后是否經(jīng)過足夠的靜止時間，使其實際電量恢復到真實水平，靜止時間計數(shù) 器用于記錄動力電源系統(tǒng)本次已經(jīng)經(jīng)歷的靜止時間；
步驟五、根據(jù)Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若K產(chǎn)1，說明 上次放電結(jié)束后已經(jīng)經(jīng)過適當?shù)撵o止時間，開路電壓已經(jīng)恢復到穩(wěn)定值，則 上次放電結(jié)束后已經(jīng)經(jīng)過適當?shù)撵o止時間，開路電壓已經(jīng)恢復到穩(wěn)定值，并 以當前靜止開路電壓對應的初始電量值Qo進行SOC計算；若K^tM，則從 存儲器3中讀取動力電源系統(tǒng)1在上次停止充放電時的荷電量值Q(T進行 SOC計算，這是因為目前動力電源系統(tǒng)尚未恢復到真實的電量水平，因此用 上次系統(tǒng)實時記錄值進行計算；
步驟六、將所采集到的相關參數(shù)輸入處理器,4中，采用公式①計算Q"
式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；K,表示充放電電流對SOC計量 的修正系數(shù)；
步驟七、根據(jù)計算結(jié)果將Kl的值更新到存儲器3中，為下次計算提供 參考；
步驟八、將計算結(jié)果存儲到存儲器3中，時間計數(shù)器復位以進行新一次 的靜止時間計時；
步驟九、將SOC計算結(jié)果輸出到顯示系統(tǒng)5。
本實施方式的方法保留了開路電壓法和Ah法，并結(jié)合直接調(diào)用SOC記 錄的方法，提出了一種SOC復合估算方法，該方法包含兩個主要部分電池使用前先預估算電池的初始SOC;電池使用過程中對電池電量做動態(tài)計量。 當電池由工作電壓轉(zhuǎn)為開路電壓時，系統(tǒng)將Qt記錄在非易失性存儲介質(zhì)中， 作為Qo、，同時由上層的能源總成控制系統(tǒng)記錄當前時間t，。當電池由開路 電壓轉(zhuǎn)為工作電壓時，能源總成控制系統(tǒng)將上次記錄的時間t，傳送給電池 管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)根據(jù)當前時間Uw與t。pe之差(稱為靜止時間)，確
定電池自恢復過程是否結(jié)束(可先通過試驗建立靜止時間與Kr的對應關系，
做成表存入程序中，程序隨后根據(jù)Uw —t。pe的值通過查表得到Kr)，若己結(jié) 束則Kr=l，啟動開路電壓法估算電池的初始荷電狀態(tài)，即使用式①中等號
右側(cè)第一項；若自恢復未結(jié)束，則K二0，系統(tǒng)直接從存儲介質(zhì)中讀取上次 電池停止工作時的Qo、作為初始電量。同樣，本方法中涉及的其它修正系數(shù) Kl和KT都可通過試驗得到，通過試驗獲得充足數(shù)據(jù)后，使用電動汽車專用 仿真軟件ADVISOR,可以方便的得到這些修正系數(shù)。
本方法通過對電動汽車典型放電情況的模擬，以及對隨機產(chǎn)生的放電電 流進行計算和處理，對產(chǎn)生的結(jié)果進行精確性檢驗，使用MATLAB進行模 擬實驗。電池的模擬容量為1500mAh的鋰電池，假定在當前剩余容量為 1000mAh情況下，在1000秒中模擬電動汽車放電情況，充放電流為模擬程 序按電動汽車工作時的典型放電情況隨機生成?？紤]到電池自恢復效應之后 的SOC模擬結(jié)果和未考慮電池自恢復效應得到的SOC模擬結(jié)果的不同是由 于對應的電池放電后，電池電壓自恢復沒有結(jié)束，電池電壓未恢復到靜止水 平，開路電壓對應的電池電量將會低于真正水平，此時若未考慮電池的自恢
復效應，就會導致計算出的soc值偏低。使用本實施方式所述的soc算法，
考慮了電池的自恢復效應，得到的模擬結(jié)果更接近于真實值。
權利要求
1、電池電量狀態(tài)的計算方法，其特征在于它由以下步驟實現(xiàn)步驟一、在t時刻采集當前電動汽車的動力電源系統(tǒng)(1)中電池的開路電壓Vt、工作電流It和溫度Tt，根據(jù)測得的開路電壓查詢存儲器(3)中預存的開路電壓/電量對應表，取得靜止開路電壓對應的初始電量值Q0，根據(jù)測量值查詢存儲器(3)中存儲的工作溫度/溫度修正系數(shù)對應表，取得修正系數(shù)KT；步驟二、對采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸入到存儲器(3)中；步驟三、讀取存儲在存儲器(3)中的循環(huán)次數(shù)修正參數(shù)KL；步驟四、根據(jù)靜止時間計數(shù)器的讀取值，查詢存儲器(3)中的預存表格確定自恢復效應結(jié)束標記Kr的值；步驟五、根據(jù)Kr的值在預存表格中選擇初始開路電壓，若Kr＝1，則上次放電結(jié)束后已經(jīng)經(jīng)過適當?shù)撵o止時間，開路電壓已經(jīng)恢復到穩(wěn)定值，并以當前靜止開路電壓對應的初始電量值Q0進行SOC計算；若Kr≠1，則從存儲器(3)中讀取動力電源系統(tǒng)(1)在上次停止充放電時的荷電量值Q0`進行SOC計算；步驟六、將所采集到的相關參數(shù)輸入處理器(4)中，采用公式①計算Qt<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Q</mi> <mi>t</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>K</mi> <mi>L</mi></msub><msub> <mi>K</mi> <mi>T</mi></msub><msub> <mi>K</mi> <mi>r</mi></msub><msub> <mi>Q</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub><mi>K</mi><mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><msubsup> <mi>Q</mi> <mn>0</mn> <mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msub> <mi>K</mi> <mi>I</mi></msub><msub> <mi>K</mi> <mi>T</mi></msub><msubsup> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi></msubsup><msub> <mi>I</mi> <mi>t</mi></msub><mi>dt</mi> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100648120002C1.tif" wi="76" he="7" top= "146" left = "56" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>①式中的Qt表示電池在t時刻的荷電量；KI表示充放電電流對SOC計量的修正系數(shù)；步驟七、根據(jù)計算結(jié)果將KL的值更新到存儲器(3)中；步驟八、將計算結(jié)果存儲到存儲器(3)中，時間計數(shù)器復位以進行新一次的靜止時間計時；步驟九、將SOC計算結(jié)果輸出到顯示系統(tǒng)(5)。
全文摘要
電池電量狀態(tài)的計算方法，它涉及一種電動汽車的鋰離子電池電量狀態(tài)的計算方法，為解決現(xiàn)有計算SOC的方法中存在的受訓練方法和訓練數(shù)據(jù)的影響較大、數(shù)據(jù)處理量較大、對處理器性能要求較高、缺乏對環(huán)境溫度和循環(huán)次數(shù)影響電池額定容量的考慮、計算結(jié)果存在誤差的問題。本發(fā)明的方法步驟為初始化信號采集系統(tǒng)、采集當前系統(tǒng)參數(shù)，對采集的信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，前后讀取循環(huán)技術參數(shù)和靜止時間參數(shù)，然后選擇初始開路電壓，接著將采集到的相關參數(shù)輸入處理器中并進行計算，將計算結(jié)果存儲，時間計數(shù)器復位，最后將計算結(jié)果輸出顯示。本發(fā)明的計算精度和實用性高，并且具有數(shù)據(jù)處理量小、對處理器性能要求較低、誤差小的優(yōu)點。
文檔編號H01M10/42GK101320079SQ20081006481
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者付忠傳, 侯春燕, 琳 向, 周連科, 剛 崔, 展 張, 超 王, 羅丹彥, 劍 董, 闕子揚 申請人:哈爾濱工業(yè)大學