專利名稱：電池荷電狀態(tài)的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電池荷電狀態(tài)的測定方法。
背景技術(shù)：
電池組作為電動汽車和混合動力汽車的主要或輔助動力源，是電動汽車 和混合動力汽車的關(guān)鍵組成部分。如何合理使用電池、充分利用電池中的能 量、以及延長電池的使用壽命是電動汽車和混合動力汽車進(jìn)一步發(fā)展所必須 解決的問題。
電池荷電狀態(tài)SOC (State Of Charge)用于描述電池的剩余電量，是電 池使用過程中的重要參數(shù)，它不僅關(guān)系到汽車行駛里程的估算，而且關(guān)系到 動力電池的安全。汽車在運(yùn)行時，大的電流很可能會造成電池過充或深放， 因此一定要對電池的SOC狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對電池組中每塊電池的端電壓、 溫度及充放電電流進(jìn)行實(shí)時釆集，隨時預(yù)報汽車蓄電池的剩余能量或荷電狀 態(tài)，當(dāng)蓄電池電量過低需要充電時，及時報警，從而提高蓄電池的使用壽命 和整車的運(yùn)行性能。同時，SOC的準(zhǔn)確估計也是進(jìn)行能量管理策略研究的基 礎(chǔ)，是電動汽車和混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。
電池荷電狀態(tài)(SOC)通過對電池外特性一電池電壓，電池電流、電池 內(nèi)阻、電池溫度等參數(shù)的檢測來推斷。以上這些參數(shù)與SOC的關(guān)系隨電池 老化的過程而改變，這中間含有很多不確定因素，而且動力電池的工作狀態(tài) 及環(huán)境隨電動汽車和混合動力汽車的行駛而隨機(jī)改變，因此電池SOC的估 計已成為電動車和混合動力汽車領(lǐng)域的一個難題。
目前常見的研究方法是通過研究電池復(fù)雜的外特性，如開路電壓、恒流 放電時電壓的變化規(guī)律、電池內(nèi)阻特性等來獲得SOC，由此產(chǎn)生了一些剩余 電量SOC的基本計算方法，如恒定電流電壓法、開路電壓法、安時(Ah) 積分法、內(nèi)阻法、比重法等等。
目前運(yùn)用較多，也比較準(zhǔn)確的是修正安時積分法，即采用實(shí)時電流積分 的安培小時算法進(jìn)行基本計算，然后通過對影響電池SOC的溫度、自放電 以及老化參數(shù)等進(jìn)行修正，通過修正函數(shù)得出比較精確的SOC值。然而以
上的修正只是理論的情況，實(shí)際上還同時存在著影響電池soc的其它許多
因素，并且在實(shí)際試驗(yàn)和應(yīng)用中很難得出修正函數(shù)。因此到目前為止，采用
修正的安時積分算法仍然難以得出soc值達(dá)到較高的精度，與實(shí)際值仍存
在著很大的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的測定電動汽車和混合動力汽車的soc值的
方法不夠準(zhǔn)確的問題，提供一種基于修正安時積分算法的能夠比較精確的測 定soc值的方法。
本發(fā)明提供的測定電池soc值的方法包括采用修正安時積分法 SOC(/)=——^-+0(/)測定/時刻的電池荷電狀態(tài)soc值，其中c。為
電池初始電量，C。為電池額定容量，O)(f)為修正函數(shù)，KO為電流f隨時間r 變化的函數(shù)，所述修正函數(shù)OK/)的測定方法包括以下步驟
a) 采用SOC理論值計算公式計算多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC理論值
SOC j!;
b) 測得在該多個時刻的電池荷電狀態(tài)soc實(shí)際值soc《；
c) 采用最小二乘法計算得到用于表達(dá)所述soc理與所述soc實(shí)的差值
與所述多個時刻之間的關(guān)系的修正函數(shù)O(0;
其中，步驟a)中的SOC理論值計算公式為基本安時積分法SOC s
<formula>formula see original document page 6</formula>x為所述多個時刻中的一個時刻。
本發(fā)明釆用的方法引入了電池soc的實(shí)際值，通過soc實(shí)際值與計算 得到的soc理論值之間的差值來測定用于修正soc理論值的修正函數(shù)，以 使經(jīng)過修正函數(shù)修正后的soc理論值與soc實(shí)際值更加接近。由于此soc
實(shí)際值是經(jīng)過多次對電池的實(shí)時測量而得到，最能體現(xiàn)電池的狀態(tài)，比目前 將電池老化因素、自放電現(xiàn)象及溫度變化等單個因素或某幾個因素作為修正
函數(shù)用于修正soc理論值更加接近實(shí)際，并且不需要考慮過多的因素，因
此，采用本發(fā)明提供的方法可以得到準(zhǔn)確的修正函數(shù)，采用該準(zhǔn)確的修正函
數(shù)進(jìn)行修正能夠得出比較精確的電池荷電狀態(tài)soc值，從而能夠充分發(fā)揮
電池性能，對整車系統(tǒng)的安全性提供了一個重要的屏障。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的測定電池soc值的方法包括采用修正安時積分法
C0 - j '(O
SOC(/)=——^-+ 0>(,)測定/時刻的電池荷電狀態(tài)soc值，其中c。為
電池初始電量，C"為電池額定容量，(P(O為修正函數(shù)，/(0為電流f隨時間r
變化的函數(shù)，所述修正函數(shù)OK/)的測定方法包括以下步驟
a) 采用SOC理論值計算公式計算多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC理論值
SOCa;
b) 測得在該多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC實(shí)際值SOC《；
c) 采用最小二乘法計算得到用于表達(dá)所述SOC g與所述soc《的差值
與所述多個時刻之間的關(guān)系的修正函數(shù)o(O;
其中，步驟a)中的SOC理論值計算公式為基本安時積分法SOC理;c為所述多個時刻中的一個時刻。
在步驟a)中，SOC理論值的計算公式為SOC理=~~^——，其中C。為
電池初始電量，C"為電池額定容量，，'(0為電流/隨時間r變化的函數(shù)，可 通過測定充電電流或放電電流與時間的關(guān)系得到。其中，充電電流與時間的 關(guān)系可由充電器設(shè)定，放電電流與時間的關(guān)系可以通過測定不同放電時間的 放電電流得到，放電電流可以通過電流傳感器測量得到。
首先采用電量測量裝置測得電池的初始電量C。，接著測量電池在多個
時刻的放電(充電)電流"所述放電(充電)電流''在不同的測量時刻具有 不同的電流值，這里的x為多個時刻中的一個時刻，例如以秒為單位測量， 當(dāng)規(guī)則地每5秒測一次，貝Ux為5秒的倍數(shù)，即5秒、10秒、15秒；當(dāng)不規(guī) 則地在任意時刻測量，貝Ux可以為l秒、5秒、7秒、8秒等等。將初始電量 C。、電池額定容量C"以及在多個時刻測得的放電(充電)電流''代入上述公 式計算，可得到在多個時刻的SOC理論值SOCg。
在與上述步驟中相同的時刻通過測量并計算得到電池SOC實(shí)際值SOC 實(shí)，SOC實(shí)際值SOC實(shí)可以通過下列方法中的任意一種得到
1. 測量電池從零時刻到所述時刻的電量變化量AC，并根據(jù)公式SOC
實(shí)=^￡得出soc實(shí)際值soc《；該公式中的c。、 c。均為上文中測得的
值，電量變化量AC為已放電(充電)電量，同樣在不同的測量時刻有不同 的值；將C。、 C"以及在與上述步驟中相同的時刻測得的電量變化量AC代
入所述公式中，可得出與上文中soc理論值soc理對應(yīng)的soc實(shí)際值soc實(shí)。
2.測量在所述時刻時電池剩余電量C"并根據(jù)公式SOC自=^得出
soc實(shí)際值soc實(shí)，該公式中的電池剩余電量c,為放電(充電)之后電池
中的剩余電量，同樣在不同的時刻具有不同的值，采用此公式也能得到與上
文中soc理論值soc理對應(yīng)的soc實(shí)際值soc實(shí)。
接著，采用最小二乘法計算得到用于表達(dá)SOC a和SOC《的差值與多個
時刻之間的關(guān)系的修正函數(shù)o(O。
SOC g和SOC《的差值與多個時刻之間的關(guān)系可以以坐標(biāo)軸上的點(diǎn)來表 示，例如x軸代表多個時刻，y軸代表SOCg和SOC《的差值，則每個時刻 的SOC 3和SOC《的差值都可以用坐標(biāo)軸上的一個點(diǎn)來表示，則在多個時刻 的多個soc ^和soc $的差值會在坐標(biāo)軸上形成多個點(diǎn)，經(jīng)過這些點(diǎn)的圖像 的函數(shù)關(guān)系式即為表達(dá)SOCg和SOC《的差值與多個時刻之間的關(guān)系的修正
函數(shù)o(O。所述最小二乘法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的數(shù)學(xué)計算方法，其原理
為對這些坐標(biāo)軸上的點(diǎn)進(jìn)行比較精確的曲線擬合，以求出其方程式。
根據(jù)上述計算方法可知，所述多個時刻越多，計算得出的修正函數(shù)。(0
越準(zhǔn)確。為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，優(yōu)選至少為500個時刻，但是，太多時刻
需要的工作量非常大，因此，綜合準(zhǔn)確性和工作量的因素，更優(yōu)選為
1000-2000個時刻。
采用上述步驟計算得出的修正函數(shù)①(0對電池SOC理論值SOC g進(jìn)行
修正，經(jīng)過修正函數(shù)。(o修正之后的電池soc理論值soc理己經(jīng)比沒有經(jīng) 過修正函數(shù)①(0修正的電池的soc理論值soc理精確。如果將經(jīng)過修正函 數(shù)o(o修正后的soc理論值作為下一輪計算中的soc理，由此再次計算出
的修正函數(shù)又比第一次計算出的更加精確。因此，優(yōu)選情況下，所述方法還
包括以下步驟
d)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法循環(huán)步驟a)至c)多次，每次循環(huán)的步驟a)中的SOC理
8<formula>formula see original document page 9</formula>論值計算公式為修正安時積分法SOC理m-^——+ 。(,)m-1，并將循環(huán)
m次得到的O)(Om作為用于測定f時刻的電池荷電狀態(tài)SOC值的修正安時積
分法SOC(f)=——^-+ 0>(0中的修正函數(shù)。(0;其中，m》2，為循環(huán)
次數(shù)，SOC理m為第m次循環(huán)計算得到的SOC理，①(/) m.，為第m-1次循環(huán) 得到的修正函數(shù)①(/)， O(Om為第m次循環(huán)得到的修正函數(shù)0(a^為所述 多個時刻中的一個時刻。
所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，是一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行 為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型，具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的 能力，可以通過預(yù)先提供的一批相互對應(yīng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，分析掌握兩者 之間潛在的規(guī)律，最終根據(jù)這些規(guī)律，用新的輸入數(shù)據(jù)來推算輸出結(jié)果。
可以將SOC g和SOC《的差值以及所述時刻看作是輸入數(shù)據(jù)，得到的修
正函數(shù)O(0看作是輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量的循環(huán)步驟，即網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練分析和掌握 兩者之間潛在的規(guī)律，最終根據(jù)這些規(guī)律，只要給出SOC理和SOC實(shí)的差值，
就能得到所想要推算的準(zhǔn)確的修正函數(shù)①(0。
優(yōu)選情況下，循環(huán)步驟a)至c)的次數(shù)至一次循環(huán)中SOC理論值SOC理
m與SOC實(shí)際值SOC^對比所得的差值在誤差范圍內(nèi)時，停止循環(huán)，并將最
后一次循環(huán)中步驟c)得到的修正函數(shù)(D(Om作為用于測定/時刻的電池荷電
狀態(tài)SOC值的修正安時積分法SOC(f)-——^-+ 0(0中的修正函數(shù)
這里所述誤差范圍為±2%。 可以采用任意可以準(zhǔn)確測量電流值并可以具有很小的電流釆樣間隔的 電流測量裝置對蓄電池的放電(充電)電流/進(jìn)行采樣，如電流表。
可以釆用任意可以準(zhǔn)確記錄時間的時間記錄裝置對蓄電池的放電(充 電)時刻Z進(jìn)行記錄，如記時器。
可以采用任意能夠準(zhǔn)確測量電池電量的電量測量裝置對蓄電池的剩余 電量Cr或電量變化量AC進(jìn)行測量，如電力計。優(yōu)選情況下采用具有高精度
的日置交直流三相電力計3193。
權(quán)利要求
1.一種測定電池荷電狀態(tài)SOC的方法，該方法包括采用修正安時積分法<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>SOC</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>C</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi></msubsup><mi>i</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>&tau;</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>d&tau;</mi> </mrow> <msub><mi>C</mi><mi>n</mi> </msub></mfrac><mo>+</mo><mi>&Phi;</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2007101434060002C1.tif" wi="58" he="15" top= "39" left = "28" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>測定t時刻的電池荷電狀態(tài)SOC值，其中C0為電池初始電量，Cn為電池額定容量，Φ(t)為修正函數(shù)，i(τ)為電流i隨時間τ變化的函數(shù)，其特征在于，所述修正函數(shù)Φ(t)的測定方法包括以下步驟a)采用SOC理論值計算公式計算多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC理論值SOC理；b)測得在該多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC實(shí)際值SOC實(shí)；c)采用最小二乘法計算得到用于表達(dá)所述SOC理和所述SOC實(shí)的差值與所述多個時刻之間的關(guān)系的修正函數(shù)Φ(t)；其中，步驟a)中的SOC理論值計算公式為基本安時積分法 id="icf0002" file="A2007101434060002C2.tif" wi="15" he="4" top= "130" left = "169" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0003" file="A2007101434060002C3.tif" wi="31" he="15" top= "141" left = "23" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>x為所述多個時刻中的一個時刻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個時刻至少為500個時刻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)中的SOC實(shí)際值SOC實(shí)通過以下方式中的一種得到測量電池從零時刻到所述時刻的電量變化量AC，并根據(jù)公式soc實(shí)=^^得出soc實(shí)際值soc實(shí)；或測量在所述時刻時電池剩余電量c,，并根據(jù)公式soc實(shí)=^得出soc 實(shí)際值soc實(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正函數(shù)O(O的測 定方法還包括d)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法循環(huán)步驟a)至c)多次，每次循環(huán)的步驟a)中的SOC理<formula>formula see original document page 2</formula>論值計算公式為修正安時積分法SOC<formula>formula see original document page 3</formula>，并將循環(huán) m次得到的(D(/)m作為用于測定/時刻的電池荷電狀態(tài)SOC值的修正安時積<formula>formula see original document page 3</formula>分法SOC(0=——^-+ 0>(,)中的修正函數(shù)0)(0;其中，m》2，為循環(huán)次數(shù)，SOC理m為第m次循環(huán)計算得到的SOC理，O(O m.,為第m-l次循環(huán)得到的修正函數(shù)O(O，①(/)m為第m次循環(huán)得到的修正函數(shù)O)(ax為所述 多個時刻中的一個時刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，循環(huán)步驟a)至c)的次數(shù) 至一次循環(huán)中SOC理論值SOC理m與SOC實(shí)際值SOC實(shí)對比所得的差值在 誤差范圍內(nèi)時，停止循環(huán)，并將最后一次循環(huán)中步驟c)得到的修正函數(shù)cD(r)m 作為用于測定/時刻的電池荷電狀態(tài)SOC值的修正安時積分法SOC(,)=——^-+ 0(,)中的修正函數(shù)0)(0。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟e)中的誤差范圍為 + 2%。
全文摘要
一種測定電池荷電狀態(tài)SOC的方法包括采用修正安時積分法(如圖)測定t時刻的電池荷電狀態(tài)SOC值，修正函數(shù)Φ(t)的測定方法包括以下步驟采用SOC理論值計算公式計算多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC理論值SOC_理；測得在該多個時刻的電池荷電狀態(tài)SOC實(shí)際值SOC_實(shí)；采用最小二乘法計算得到用于表達(dá)SOC_理和SOC_實(shí)的差值與所述多個時刻之間的關(guān)系的修正函數(shù)Φ(t)；其中，步驟a)中的SOC理論值計算公式為基本安時積分法(見上式)，x為多個時刻中的一個時刻。采用本發(fā)明提供的方法可以得到準(zhǔn)確的修正函數(shù)，從而得出比較精確的電池荷電狀態(tài)SOC值以充分發(fā)揮電池性能，保證整車系統(tǒng)的安全性。
文檔編號B60L3/00GK101359036SQ20071014340
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者健 張 申請人:比亞迪股份有限公司