[发明专利]基于极化电压恢复特性的电池荷电状态估算方法

说明书

本发明公开了基于极化电压恢复特性的电池荷电状态估算方法,包括电池极化电压特性分析及基于极化电压恢复特性的SOC估算两部分；第一部分：基于不同电池SOC下的电池静置电压曲线，提取不同静置时间下的电池剩余极化电压，通过OCV‑SOC曲线求导得到SOC误差为3％内允许的电池电压最大偏差，在保证SOC误差为3％的前提下，得到不同SOC下消除极化电压需要最小静置时间；第二部分：根据同批次电池不同SOC下的电池最小静置时间及其随时间老化规律，采用响应面模型作为近似模型，通过少量数据点在局部范围内得到精确的逼近函数关系，以此获取电池全寿命周期内保证SOC误差在3％以内的最小静置时间，并根据静置时间是否达到最小静置时间进行相应的电池SOC估算。

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及电动汽车动力电池荷电状态估算方法。

背景技术

精确估算电池荷电状态(State of Charge,SOC)有利于电池管理系统整体性能提升，保障电动汽车的续航里程。目前电池SOC估算方法包括安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法和模糊控制算法等。其中安时积分法因计算效率高在电池管理系统中也得到了普遍应用，但该方法最大缺陷是，在实际应用中因电池的自放电及老化导致容量衰减，无法确定SOC的初始值，同时还存在积分的累积误差等。

对初始容量修正的最好方法是在充放电循环过程中，利用停车静置所得的开路电压(Open Circuit Voltage,OCV)对SOC初始容量进行修正，可以弥补安时积分法带来的误差，将会大大提高安时积分法的估算精度。开路电压法需长时间静置或基于电池物理或电化学模型建立相应数学描述方程对其进行辨识，但长时间静置所需时间较长，不适合在线应用；而通过电池模型辨识的开路电压受制于采用的电池模型的精度，同时由于运算量较大对系统处理器速度要求较高。

电池极化是种不可避免的现象，当电池电极上没有电流通过时，电池电极处于平衡状态，称为平衡电势，该电势即为长时间静置后的开路电压。当有外部电流通过电池时，电池电势将会偏离平衡电势，电流越大偏离越大进而产生极化电压，这种现象就称为电池极化现象。

发明内容

针对上述问题，本发明提出基于极化电压恢复时间与SOC误差3％以内的电压允许误差的关系进行电池初始容量修正的电池荷电状态估算方法。所述基于极化电压恢复特性的电池荷电状态估算方法包括：

S1、电池极化电压特性分析；

S2、基于极化电压恢复特性的SOC估算。

进一步，上述S1中电池极化电压特性分析阶段，基于实测的不同电池SOC下的电池静置电压曲线，提取不同静置时间10min、20min、30min、40min、50min下的电池剩余极化电压，即电池静置一段时间的端电压与静置3h后端电压的差值。

通过OCV-SOC关系曲线求导得到SOC误差为3％内允许的电池电压偏差值，具体步骤如下：

对OCV-SOC曲线求导得到曲线，将SOC误差目标值设定为3％，然后求OCV允许的最大偏差。进一步可得：

由于之前设定SOC误差为3％，则dSOC＝0.03，参照式(1)可得相应dOCV，即在SOC误差为3％的条件下允许的OCV最大偏差，从而得到参考误差的标准实线。

在保证SOC误差为3％的前提下，即可得到不同SOC下消除极化电压需要最小静置时间。从最小静置时间走势可知低荷电状态和高荷电状态区域对静置时间要求很低，由于这两个区域没有参考时间点同时又十分满足误差要求就以10min作为参考。在荷电状态中间区域对静置时间要求最高，对应磷酸铁锂电池OCV-SOC曲线在荷电状态中间区域十分平坦，进而需要较长的静置时间(甚至达到50min)才能消除极化电压保证SOC精度。