[发明专利]一种动力电池电荷量估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车电池管理技术领域，具体为一种动力电池电荷量估算方法。

背景技术

电池管理系统是实现电动汽车能源分配的关键组成部分，在电池管理系统中估算电池电荷状态（SOC）是其关键技术之一。目前电动汽车的续航里程有限，在电动汽车行驶的过程中，需要实时根据电池的剩余电量提示驾驶员当前的续航里程。在实际使用时，由于电动汽车在起步、加速、匀速、减速和停车等动作的过程中，动力电池所对应的电流大小是不一样的，而且动力电池本身的工作特性呈现高度非线性，再加上电池工作环境复杂和干扰严重。且电池电荷量SOC的实时估算受到电池电压、温度、电池老化程度和充放电效率等多个状态参数的影响，因此要准确地估算SOC当前值非常困难。另外，由于电动汽车的整车能量分配只有参考当前SOC的大小，才能提高电池的利用率，减少能量的浪费，从而增加电动汽车的续航里程，所以提高SOC的估算精确度具有很高的实际意义和研究价值，成为当前研究的热点。

现有的SOC估算方法有很多种，主要有：开路电压法、放电试验法、安时计量法、负载电压法、内阻法、卡尔曼滤波法和神经网络法等。但这些电池SOC估算方法均存在一定缺陷。

开路电压法在电池没有工作或者电流极小的情况下，测量得到电池的端电压，用开路端电压与SOC关系求得SOC。开路电压法主要是用于电池的充放电开始或者结束过程，动力电池在静置时的开路电压能够准确的估算出电池SOC的大小。由于电池在实际使用过程中并不存在开路，只有在电池静置的时候才能使用，在电池使用中动态的情况下动力电池的端电压不能用来估算电池的SOC。

安时计量法通过对测量电流进行积分，从而求得SOC大小。其不足如下：首先，利用安时计量法无法求得SOC初值；其次，安时计量法的估算精度受电流测量传感器的精度影响很大；最后，安时计量法本身存在估算误差累计，所以安时计量法不能单独用于SOC估算。

为了解决SOC估算误差大和估算初值难的问题，2012年，罗玉涛、谢斌和何小颤在华南理工大学学报(自然科学版)第40卷第12期，第79-84页上发表文章“电动汽车锂离子电池组参数辨识与SOC估计”，提出了一种能修正初始误差的电荷状态估算方法，即采用扩展卡尔曼滤波与安时计量法相组合的估算方法。这种方法的结合可以有效的减少由于安时计量法引起的估算误差累积，并在估算时对SOC初值没有太大的要求，由论文可以知道经过一段时间SOC能够趋近于真实值。不过这种方法存在以下的问题：首先，扩展卡尔曼滤波中要计算复杂的雅可比矩阵,这样会由于计算过程复杂增加估算时间；其次，要对非线性的函数进行线性化，线性化的过程影响了估算过程的精度，也增加了估算误差；最后，给定初值与实际值相差过大时，SOC估算误差就会增加且比较大，并且在趋近真实的过程中耗时比较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池电荷量估算方法，本方法使用开路电压法和无迹卡尔曼滤波相互配合进行SOC估算，由安时计量法和电池等效电路模型方程组合得到动力电池的状态方程，电池端电压的方程为本方法的测量方程，实现SOC的估算。减少动力电池SOC估算所需时间，减少因SOC初始值而引起的误差，提高估算精度。

本发明设计的一种动力电池电荷量估算方法，具体包括如下步骤：

Ⅰ、开路电压法取得SOC与开路电压的函数关系

电池充满电，静置时间T，根据实验设置电池充电或放电后达到开路端电压稳定的静置时间T，T=50～100分钟；至开路电压稳定后，测量电池开路电压；

再对电池多次放电，每次放电使电池电量减少10%，电池放电后静置时间T后、开路电压稳定，再测量电池开路电压，依次循环，得到电池开路电压和SOC的对应关系，最后通过Matlab高阶曲线拟合得到SOC和开路电压的函数关系，

(U_oc)_k=F[SOC(k)]

式中：SOC(k)是k时刻SOC大小，(U_oc)_k为k时刻动力电池的开路电压。

再由上述SOC和开路电压的函数关系建立电池开路电压与SOC对应的数据表。

Ⅱ、测得SOC的初值

启动电动汽车前，用备用电源供电，测得启动前动力电池的开路电压，再根据步骤Ⅰ所得的电池开路电压与SOC的函数关系，由所测启动前开路电压估算得到启动前的SOC值，以此SOC值作为以下步骤中动力电池估算的初值。

当取得电池开路电压与SOC对应的数据表，通过查表由所测启动前开路电压估算得到启动前的SOC值。