一种SOC校准算法的制作方法

一种soc校准算法
技术领域
1.本发明涉及电池剩余电量的评估，具体涉及一种soc校准算法。


背景技术：

2.荷电状态(state of charge，soc)是指蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用一个百分数表示，可以用以下公式来表示：soc是电池管理系统(bms)中的重要参数，bms中的许多功能都是以soc为基础的。相同容量的电池，soc精度较高的电池可以具有更高的续航里程，如果没有精确的soc，加再多的保护功能也无法使bms正常工作，这样会使电池处于保护状态，不利于延长电池的寿命。因此，高精度的soc估算可以有效的降低电池成本。
3.常用的soc算法有几种：基于安时积分的算法、基于开路电压(ocv)校准的算法等，但是在实际的测试过程中，即使是很小的误差积分(由于传感器的精度和有限的采样间隔)，逐渐使soc变得不准。当电池充满或放空并静置一段时间，根据ocv电压进行校准，但是在电池实际使用过程中满足这种条件的情况并不多，所以很难进行soc校准。因此，获得一种精确计算soc值的算法对降低电池维护成本是十分必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有评估系统的缺陷，提供一种soc校准算法。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种soc校准算法，包括以下步骤，
7.步骤s1：根据电芯的材料在不同温度、不同电流下的测试数据得到库伦效率表，利用电芯额定总容量值以及库伦效率表得出电芯总容量值，获取并存储电芯的soc-电压表；
8.步骤s2：获取电池状态；
9.当电池处于充电状态，进入步骤s3；
10.当电池处于放电状态，进入步骤s4；
11.当电池处于搁置状态，保持soc值不变；
12.步骤s3：设定固定的界限m，比较soc值与m的大小，m为固定值，且70％《m《100％；
13.若0《soc值＜m，仍采用安时积分算法计算soc值；
14.若soc值＝m时，进入提前校准；
15.若m＜soc值＜100％，采用实时电压校准的方法计算soc值；
16.步骤s4：设定固定的界限n，比较soc值与n的大小，n为固定值，且0％《n＜m《100％；
17.若n＜soc值＜100％，仍采用安时积分算法计算soc值；
18.若soc值＝n时，进入提前校准；
19.若0＜soc值＜n，采用实时电压校准的方法计算soc值。
20.优选的，步骤s3中的提前校准包括如下步骤：
21.轮询所有电芯的当前温度和当前充电电流，选择适用于电芯当前温度和当前充电电流的soc-电压表，查询soc＝m时的电压y作为校准电压值；
22.比较电芯当前电压是否达到y，若达到y则使用实时电压校准计算得出soc值并快速拟合显示soc值为m完成校准。
23.优选的，当所有电芯中最高单体电芯的电压值小于当前校准电压值y，仍需要进行充电直至达到校准电压值y。
24.优选的，步骤s4中的提前校准包括如下步骤：
25.轮询所有电芯的当前温度和当前放电电流，选择适用于电芯当前温度和当前放电电流的soc-电压表，查询soc＝n时的电压z作为校准电压值；比较电芯当前电压是否达到z，若达到z则使用实时电压校准计算得出soc值并快速拟合显示soc值为n，完成校准。
26.优选的，当所有电芯中的最低单体电芯的电压值大于当前校准电压值的z，仍需要进行放电直至达到校准电压值的z。
27.优选的，步骤s3中的m＝90％，步骤s4中的n＝10％。
28.优选的，步骤s3和s4中，基于时间周期t内电池电流和温度从库伦效率表得到库伦效率系数k，基于库伦效率系数k进行安时积分算法计算，安时积分算法计算soc值的公式为：
[0029][0030]
其中soc0为初始soc值，cn为电芯总容量，i为电池电流；η为放电效率，k为库伦效率系数，t为时间周期。
[0031]
优选的，在所述步骤s3中，实时电压校准的方法为轮询电芯的当前温度和当前充电电流，选择适用于电芯当前温度和当前充电电流的soc-电压表，通过当前电压对应的soc,获得soc值；
[0032]
在所述步骤s4中，实时电压校准的方法为轮询电芯的当前温度和当前放电电流，选择适用于电芯当前温度和当前放电电流的soc-电压表，通过当前电压对应的soc，获得soc值。
[0033]
优选的，在所述步骤s3中，当采用实时电压校准的方法计算soc值为100％时，停止充电；
[0034]
在所述步骤s4中，当采用实时电压校准的方法计算soc值为0％时，停止放电。
[0035]
本发明的一种soc校准算法，根据形成电池的电芯材料在不同温度、不同电流的测试数据获得库伦效率表，并根据电芯额定总容量以及库伦效率表得到电池总容量，并且在soc值与设定固定的界限值比较后提前进入电压校准状态，避免soc偏差达到充电末端或放电末端再进行校准，提前减小了soc的偏差率；同时，在后期校准时，使用的校准电压是根据充电或放电过程中不同温度、不同电流条件下的原始数据所得，而非采用开路电压(ocv)的值，确保了充电过程和放电过程中电压校准的准确性，相比现有的全程电压校准方法，本发明的数据量大大减少，更易于维持系统的稳定和安全。
[0036]
此外，相比于现有的算法，在安时积分法与电压校准得到的结果有差值时，容易产生soc突变，但本算法具有提前校准能够使系统soc显示值平滑逼近实时电压校准的值，保
证了参数准确的同时还提高了客户的使用体验。
[0037]
此外，本发明一种soc校准算法的精度较高，soc估算误差小于5％，减少了对电池的维护成本，能够满足bms的使用需求。
附图说明
[0038]
图1是本发明的一种soc校准算法的流程图；
[0039]
图2是通过本发明计算得出的soc曲线与原始数据soc曲线对应关系图(25℃，0.3c，充电)；
[0040]
图3是通过本发明计算得出的soc曲线与原始数据soc曲线对应关系图(25℃，0.3c，放电)。
具体实施方式
[0041]
以下结合附图1给出的实施例，进一步说明本发明的一种soc校准算法的具体实施方式。本发明的一种soc校准算法不限于以下实施例的描述。
[0042]
一种soc校准算法，包括以下步骤，
[0043]
步骤s1：根据电芯的材料在不同温度、不同电流下的测试数据得到库伦效率表，利用电芯额定总容量以及库伦效率表得出电芯总容量值，获取并存储电芯的soc-电压表；
[0044]
步骤s2：获取电池状态；
[0045]
当电池处于充电状态，进入步骤s3；
[0046]
当电池处于放电状态，进入步骤s4；
[0047]
当电池处于搁置状态，保持soc值不变；
[0048]
步骤s3：设定固定的界限m，m为固定值，且70％《m《100％，比较soc值与m的大小；
[0049]
若0《soc值＜m，仍采用安时积分算法计算soc值；
[0050]
若soc值＝m时，进入提前校准；
[0051]
若m＜soc值＜100％，采用实时电压校准的方法计算soc值；
[0052]
步骤s4：设定固定的界限n，n为固定值，且0％《n＜m《100％，比较soc值与n的大小；
[0053]
若n＜soc值＜100％，仍采用安时积分算法计算soc值；
[0054]
若soc值＝n时，进入提前校准；
[0055]
若0＜soc值＜n，采用实时电压校准的方法计算soc值。
[0056]
本发明的一种soc校准算法，根据形成电池的电芯材料在不同温度、不同电流的测试数据获得库伦效率表，并根据电芯额定总容量以及库伦效率表得到电芯总容量，并且在soc值与设定固定的界限值比较,好提前进入电压校准状态，避免soc偏差达到充电末端或放电末端再进行校准，提前减小了soc的偏差率；同时，在后期校准时，使用的校准电压是根据充电或放电过程中不同温度、不同电流条件下的原始数据所得，而非采用开路电压(ocv)的值，确保了充电过程和放电过程中电压校准的准确性，相比现有的全程电压校准方法，本发明的数据量大大减少，更易于维持系统的稳定和安全。
[0057]
此外，相比于现有的算法，在安时积分法与电压校准得到的结果有差值时，容易产生soc突变，但本算法具有提前校准能够使系统soc显示值平滑逼近实时电压校准的值，保证了参数准确的同时还提高了客户的使用体验。
[0058]
结合附图1详细介绍一种soc校准算法，包括以下步骤，
[0059]
步骤s1：根据电芯的材料在不同温度、不同电流下的测试数据得到具有对应的库伦效率系数k的库伦效率表，利用库伦效率表基于电芯额定总容量q和库伦效率系数k得出单个电芯总容量值，所述库伦效率表见表1，其中c为电池充放电时电流大小的倍率，例如单位安培63安时电池，1c电流为63a，按照0.3c倍率电流放电，0.3c电流即为为18.9a(63*0.3＝18.9)：
[0060]
倍率/温度0.3c0.6c1c2c0℃85.92％86.18％85.51％84.87％10℃92.30％89.94％88.73％88.42％25℃97.11％95.47％94.53％93.63％35℃98.94％98.07％96.94％96.83％45℃98.85％99.37％96.94％98.13％
[0061]
表1.库伦效率表
[0062]
所以本算法中电池的总容量值指的是充满的电池在不同温度和电流下的实际可用容量值，电芯额定总容量与表1中的库伦效率值的乘积为对应温度和电流下的电芯总容量值，利用电芯soc＝电芯剩余容量/电芯总容量的公式计算得出soc值。
[0063]
步骤s2：获取电池状态；
[0064]
当电池处于充电状态，进入步骤s3；
[0065]
当电池处于放电状态，进入步骤s4；
[0066]
当电池处于搁置状态，保持soc值不变；soc值维持上次存储或计算的soc0值不变。
[0067]
步骤s3：首先确定一个进入电压校准的soc界限m，m为一个固定值且70％《m《100％，优选为90％，比较soc值与m的大小；
[0068]
若0《soc值＜m，采用安时积分算法计算soc值；
[0069]
若soc值＝m时，进入提前校准；
[0070]
若m＜soc值＜100％，采用实时电压校准的方法计算soc值。
[0071]
soc值的安时积分算法为：
[0072]
设定一个周期t，结合一个周期t内的充电的电池电流i和一个周期t内电荷容量的累加，或结合一个周期t内的放电的电池电流i和一个周期t内电荷容量的累减，基于时间周期t内电池充放电时电池电流和温度从库伦效率表得到库伦效率系数k，基于库伦效率系数k进行安时积分算法计算，soc值＝当前容量值/电芯总容量，例如放电时当前soc值计算公式如下：
[0073][0074]
其中soc0为初始soc值，cn为电芯额定容量，i为电池电流；η为放电效率，k为库伦效率系数，t为时间周期。
[0075]
优选的，在充电状态时，当soc值＝m时，轮询所有的电芯的当前温度和当前充电电流(后简称工况)，选择适用于该工况的soc-电压表，查询soc＝m时的电压y作为校准电压值。比较电芯当前电压是否达到校准电压值y，若达到y则使用实时电压校准计算得出soc值
并快速拟合显示soc值为m，完成校准。未达到则继续进行安时积分法计算soc。此后当m≤soc值≤100％时，soc值均采用实时电压校准的方法变化。其中每个工况下的soc-校准电压表经提前试验获得。
[0076]
需要特别说明的是，由于安时积分法会有误差，因此当积分得到的soc值达到90％时最高单体电芯的电压可能并没有到达校准电压值，为了保证soc的可靠性，需等最高单体电芯的电压值到达校准电压值时才认定电芯的soc真正到达90％，因此，当所有电芯中的最高单体电芯的电压值小于校准电压值y时，仍需要进行充电直至最高单体电芯的电压值等于校准电压值y，以完成校准。当采用实时电压校准的方法计算soc值为100％时，停止充电。
[0077]
在m＜soc值＜100％时，实时电压校准的方法为：轮询电芯的当前温度和当前充电电流，选择适用于该工况的soc-电压表，通过当前电压对应的soc,获得soc值，soc-电压表为电池的试验数据，为已知数据。
[0078]
步骤s4：首先确定一个进入电压校准的soc界限n，n为一个固定值且0％《n《m《100％，优选为10％，比较soc值与n的大小，且0％＜n＜m＜100％；
[0079]
若n＜soc值＜100％，仍采用安时积分算法计算soc值；
[0080]
若soc值＝n时，进入提前校准；
[0081]
若0＜soc值＜n，采用实时电压校准的方法计算soc值。
[0082]
优选的，在充电状态时，当soc值＝n时，轮询所有的电芯的当前温度和当前充电电流(后简称工况)，选择适用于该工况的soc-电压表，查询soc＝n时的电压z作为校准电压值。比较电芯当前电压是否达到z，若电芯当前电压达到z则使用实时电压校准计算得出soc值并快速拟合显示soc值为n，完成校准。未达到则继续进行安时积分法计算soc。此后当0％≤soc值≤n时，soc值均采用实时电压校准的方法变化。
[0083]
需要说明的是，当所有电芯中的最低单体电芯的电压值大于当前校准电压值z时，仍需要进行放电直至最低单体电芯的电压等于当前校准电压值z，以完成校准。当采用实时电压校准的方法计算soc值为0％时，停止放电。
[0084]
在0＜soc值＜n时，实时电压校准的方法为：轮询电芯的当前温度和当前放电电流，选择适用于该工况的soc-电压表，通过当前电压对应的soc,获得soc值，soc-电压表为电池的试验数据。
[0085]
在进行实时电压校准方法时所使用的soc-电压表，是指根据充电或放电过程中不同温度、不同电流条件下soc值对应的电池电压值的原始数据所得。
[0086]
本发明的soc精度验证方法：
[0087]
以电池在25℃，0.3c的充放电的条件下，计算soc精度为例：
[0088]
电芯额定总容量为q，给电池以一定电流值充电，记录t1时刻的soc值q1，同时用安时积分计算出充进的容量，继续充电至t2时刻并记录t2时刻的soc值q2，同时用安时积分计算出充电至t2时刻的容量，k为库伦效率系数，取97.11％，用如下公式计算soc误差(t0时刻对应的soc值为0％)：
[0089]
[0090][0091][0092]
测试结果为soc估算误差≤5％。
[0093]
soc曲线：在25℃，0.3c的充电条件下，计算的soc曲线与原始数据soc曲线对应关系如图2所示。
[0094]
soc曲线：在25℃，0.3c的放电条件下，计算的soc曲线与原始数据soc曲线对应关系如图3所示。
[0095]
结合计算得出的soc曲线和原始数据soc曲线相对应的图可知，使用本算法的soc曲线和原始数据的soc曲线偏差在5％以内，能够满足bms使用需求。
[0096]
提供电池在常温25℃下进行的充电的实施例，本实施例的电池先进行放空至soc值显示为0％，随后进行如下步骤：
[0097]
步骤1：以0.3c(18.9a)的电流对电池进场充电，soc值在0％～90％的范围内采用安时积分方法变化；
[0098]
步骤2：轮询所有电芯的当前电流和当前温度，查询soc-电压表，获得90％时相应的校准电压y，当最高单体电芯的电压达到校准电压y时，soc值拟合显示90％，完成校准；
[0099]
步骤3：当soc值在90％-100％时，soc值采用实时电压校准的方法变化，并且当采用实时电压校准的方法计算soc值为100％时，停止充电。
[0100]
提供电池在常温25℃下进行的放电的实施例，本实施例的电池先进行充电至显示soc值为100％，随后进行如下步骤：
[0101]
步骤1：电池以0.3c(18.9)的电流放电，soc值在100％～10％的范围内采用安时积分方法变化；
[0102]
步骤2：轮询所有电芯的当前电流和当前温度，查询soc-电压表，获得10％时相应的校准电压z，当最低单体电芯的电压达到校准电压z时，soc值拟合显示10％，完成校准；
[0103]
步骤3：当soc值在10％-0％时，soc值采用实时电压校准的方法变化，并且当采用实时电压校准的方法计算soc值为0％时，停止放电。
[0104]
本发明的soc校准方法可以用于各种带有电芯的电能存储系统的电池管理系统，存储在存储器中，通过电能存储系统的微处理器mcu执行。例如可以用于太阳能的家庭储能电池，电动车等。
[0105]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。