一种汽车动力锂电池SOC估算方法[发明专利]

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.01.22
C N 103529393
A (21)申请号 201310500406.1
(22)申请日 2013.10.22
G01R 31/36(2006.01)
(71)申请人南京汽车集团有限公司
地址210037 江苏省南京市鼓楼区中央路
331号
申请人南京依维柯汽车有限公司
(72)发明人姜朋昌 马承广 叶进 钟国华
吴松松 刘同富
(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207
代理人
汪旭东
(54)发明名称
一种汽车动力锂电池SOC 估算方法
(57)摘要
本发明公开了一种汽车动力锂电池SOC 估算
方法，步骤为：a 、开始；b 、搁置时间小于设定时间
T 0，进入步骤c ；反之，进入步骤d ；c 、利用上次锂
电池停止使用时的SOC 值作为此时的SOC 值；d 、
利用开路电压与SOC 关系获取实时动力锂电池
SOC 值，进入步骤g ；e 、锂电池为动态，进入步骤f ；
反之，返回步骤b ；f 、采用Ah 积分法估算SOC ，并
进行初步校正；g 、判断步骤d 获得的SOC 值与Ah
积分法估算SOC 值的差值，若小于设定值|e|，进
入步骤i ；反之，进入步骤h ；h 、获得的SOC 值修正
Ah 积分法的初始SOC 值；i 、结束。

本发明从多方
面对SOC 进行校正，改善了Ah 积分法长时间带来
的误差累计，可提高SOC 的准确度。

(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号CN 103529393 A
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1.一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，该估算方法包括如下步骤：
开始；
判断电池搁置时间的长短，若搁置时间小于设定时间T 0，则进入步骤c ；
直接利用上次锂电池停止使用时的SOC 值作为此时的SOC 值；
利用开路电压与SOC 关系获取实时动力锂电池SOC 值，并进入步骤g ；
判断锂电池是否处于动态，若锂电池为动态，则进入步骤f ；反之，返回步骤b ；
采用Ah 积分法估算SOC ，并根据实际情况进行初步校正；
判断步骤d 获得的SOC 值与Ah 积分法估算SOC 值的差值大小，若小于设定值|e|，则进入步骤i ；反之，进入步骤h ；
利用开路电压与动力锂电池SOC 关系获得的SOC 值修正Ah 积分法的初始SOC 值SOC 0；结束。

2.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，步骤f 所述的初步校正为基于实验数据分析得出的库伦效率查表模式来对不同电流下的SOC 进行修正。

3.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，步骤f 所述的初步校正方法为利用时机温度系数进行修正。

4.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，步骤f 所述的初步校正方法为通过数据查表的方法对自放电情况下的SOC 进行校正。

5.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，步骤f 所述的初步校正方法为对得到的SOC 进行老化补偿，老化补偿公式为：SOC age ＝(SOC-A F )/(1-A F )，式中，SOC 为没有进行老化补偿得到的SOC 值，SOC age 为老化补偿后的SOC 值，A F 为衰老因子。

6.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，步骤h 所述的修正方法为通过判断Ah 积分法累计误差是否超出设定值来进行修正，利用开路电压与动力锂电池SOC 的关系获得实时SOC 值，弥补了Ah 积分法的误差累计问题。

7.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，所述的步骤d 中，当电池环境温度在超过动力电池工作极限温度时，此时SOC 为0，并切断充放电回路，禁止对动力电池进行充放电以保护动力电池。

8.根据权利要求1所述的一种汽车动力锂电池SOC 估算方法，其特征在于，所述的步骤f 中，Ah 积分法公式为：式中，SOC 0为电池初始SOC 值，C 25为动力锂电池在25℃时的容量，α为温度系数，T 为当前电池温度，η为库伦效率，I 为电池电流。

权 利 要 求 书CN 103529393 A
一种汽车动力锂电池SOC估算方法
技术领域
[0001] 本发明属于汽车动力电池技术领域，涉及一种汽车动力锂电池SOC的估算方法。

背景技术
[0002] 对于电动汽车来讲，动力电池是一种十分普遍的储能元件，其性能对整车性能起着决定性的作用。

SOC作为动力电池最重要的参数之一，合理利用电池、提高电池使用寿命、延长车辆续驶里程，必须对SOC进行合理的控制。

因此SOC估算的准确度至关重要，目前国内外动力电池的估算还处在一个发展阶段，SOC估算方法的精度不高。

发明内容
[0003] 为了提高汽车动力锂电池SOC的估算精度，本发明提供一种准确、实时的动力锂电池SOC的估算方法。

[0004] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种汽车动力锂电池的估算方法，该估算方法包括如下步骤：
a、开始；
b、判断电池搁置时间的长短，若搁置时间小于设定时间T0，则进入步骤c；反之，则进入步骤d；
c、直接利用上次锂电池停止使用时的SOC值作为此时的SOC值；
d、利用开路电压与SOC关系获取实时动力锂电池SOC值，并进入步骤g；
e、判断锂电池是否处于动态，若锂电池为动态，则进入步骤f；反之，返回步骤b；
f、采用Ah积分法估算SOC，并根据实际情况进行初步校正；
g、判断步骤d获得的SOC值与Ah积分法估算SOC值的差值大小，若小于设定值|e|，则进入步骤i；反之，进入步骤h；
h、利用开路电压与动力锂电池SOC关系获得的SOC值修正Ah积分法的初始SOC值（SOC0）；
i、结束。

[0005] 进行估算时，首先进行一次静态估算，一方面作为启动数据，另一方面供给电池处于动态需要进行SOC估算时使用。

[0006] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的初步校正方法为基于实验数据分析得出的库伦效率查表模式来对不同电流下的SOC进行修正。

充放电效率由于电池内阻而存在。

电池的任何充放电过程都有能量的损失并且比较明显，在估计电池SOC时，必需考虑充放电时的效率，也即库伦效率。

电池在不同放电倍率下放电时，放电能力是不一样的。

[0007] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的初步校正方法为利用实际温度系数进行修正。

温度是影响电池工作的一个重要因素。

环境温度对电池的工作特性和使用寿命有极大的影响。

因此在SOC预测时，必须进行温度补偿。

一般情况下，实际温度
系数不是一个常数，在不同温度范围内，温度与容量呈现非线性，而且受到电池新旧程度的影响。

对电池温度系数，需要采集大量的实验数据预先获得。

[0008] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的初步校正方法为通过数据查表的方法对自放电情况下的SOC进行校正。

电池自放电会导致电池在存储期间容量下降。

自放电的大小与蓄电池的使用时间、环境温度以及存放时间等多种因素有关，精确计算较为困难，但可以通过大量实验方法预先估算动力电池的自放电情况。

[0009] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的初步校正方法为对得到
的SOC进行老化补偿，老化补偿公式为：SOC
age ＝(SOC-A
F
)/(1-A
F
)，式中，SOC为没有进行老
化补偿得到的SOC值，SOCage为老化补偿后的SOC值，AF为衰老因子。

衰老因子的计算为：
A F ＝(Ah
ref
-Ah
cyc
)/Ah
ref
，式中，Ah
ref
是参考电池容量，它一般为在电池整个使用过程中的最
大容量，Ah
cyc
为某一衰老点的电池容量，它由电池衰老过程中电池的端电压与电池容量关系曲线决定。

[0010] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，可在电池充满电后对其SOC进行校正。

当电池管理系统检测到充电机接入时，并且对电池已充满电，此时可直接置SOC数值为100%，进一步提高SOC估算的准确性。

[0011] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的步骤d中，当电池环境温度在超过动力电池工作极限温度时，此时SOC为0，并切断充放电回路，禁止对动力电池进行充放电以保护动力电池。

[0012] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的步骤f中，Ah积分法公式为：式中，SOC0为电池初始SOC值，C25为动力锂电池在25℃时的容量，α为温度系数，T为当前电池温度，η为库伦效率，I为电池电流。

首先根据测得的电池内部温度以及电池输出电压、电流，通过建立等效电路模型，得到电池内部的实际消耗电流，根据该电流进行Ah积分法的计算得到SOC。

[0013] 在上述的一种汽车动力锂电池SOC的估算方法中，所述的步骤d中，利用开路电压与SOC关系获取实时动力锂电池SOC值。

由于开路电压无法直接测量，因此根据动力锂电池的特性搭建了等效电路模型（改进的Thevenin模型）。

预先进行动力锂电池特性试验，多模型参数进行辨识，之后根据实际的温度、电压和负载计算动力锂电池开路电压。

开路电压的计算公式为：
与现有技术相比，本汽车动力锂电池SOC的估算方法采用以Ah积分法为基础，考虑多种状态补偿，并以开路电压法作实时的修正的SOC估算方法，尽可能多方面，实时的对SOC 进行校正，具有在线实用性，提高SOC的估算精度。

附图说明
[0014] 图1是本汽车动力锂电池SOC的估算方法的流程图；
图2是本汽车动力锂电池SOC的估算方法设计的动力锂电池等效电路模型。

具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0016] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0017] a、开始；
b、判断电池搁置时间的长短，若搁置时间小于设定时间T0，则进入步骤c；反之，则进入步骤d；
c、直接利用上次锂电池停止使用时的SOC值作为此时的SOC值；
d、利用开路电压与SOC关系获取实时动力锂电池SOC值，并进入步骤g；该步骤中，当电池环境温度在超过动力电池工作极限温度时，此时SOC为0，并切断充放电回路，禁止对动力电池进行充放电以保护动力电池。

[0018] e、判断锂电池是否处于动态，若锂电池为动态，则进入步骤f；反之，返回步骤b；
f、采用Ah积分法估算SOC，并根据实际情况进行初步校正；Ah积分法公式为：
式中，SOC0为电池初始SOC值，C25为动力锂电池在25℃
时的容量，α为温度系数，T为当前电池温度，η为库伦效率，I为电池电流。

[0019] g、判断步骤d获得的SOC值与Ah积分法估算SOC值的差值大小，若小于设定值|e|，则进入步骤i；反之，进入步骤h；
h、利用开路电压与动力锂电池SOC关系获得的SOC值修正Ah积分法的初始SOC值（SOC0）；
i、结束。

[0020] 电池处于充放电状态时为动态，反之则称为静态。

[0021] 由于电池受库伦效率、温度、老化和自放电等因素的影响，通过步骤f进行初步校正。

[0022] 充放电效率由于电池内阻而存在。

电池的任何充放电过程都有能量的损失并且比较明显，在估计电池SOC时，必需考虑充放电时的效率，也即库伦效率。

电池在不同放电倍率下放电时，放电能力是不一样的。

针对这一点，我们可以通过动力锂电池特性试验得出的库伦效率查表模式来对不同电流下的SOC进行修正。

[0023] 环境温度对电池的工作特性和使用寿命有极大的影响。

因此在SOC预测时，必须进行温度补偿。

一般情况下，实际温度系数不是一个常数，在不同温度范围内，温度与容量呈现非线性，而且受到电池新旧程度的影响。

对电池温度系数，需要采集大量的实验数据预先获得。

因而，我们可以利用实际温度系数进行修正。

[0024] 电池自放电会导致电池在存储期间容量下降。

自放电的大小与蓄电池的使用时间、环境温度以及存放时间等多种因素有关，精确计算较为困难，但可以通过大量实验方法预先估算动力电池的自放电情况。

对于自放电情况我们可以通过数据查表的方式进行校正。

[0025] 老化补偿公式为：SOC age＝(SOC-A F)/(1-A F)，式中，SOC为没有进行老化补偿得到的SOC值，SOCage为老化补偿后的SOC值，AF为衰老因子。

衰老因子的计算为：AF＝
(Ah
ref -Ah
cyc
)/Ah
ref
式中，Ah
ref
是参考电池容量，它一般为在电池整个使用过程中的最大容
量，Ah
为某一衰老点的电池容量，它由电池衰老过程中电池的端电压与电池容量关系曲cyc
线决定。

[0026] 上述各种校正方法只要条件满足即可进行。

[0027] 当电池管理系统检测到充电机接入时，并且对电池已充满电，此时可直接置SOC 数值为100%，进一步提高SOC估算的准确性。

[0028] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。

凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

图1
图2。