基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010392128.2 (22)申请日 2020.05.11 (71)申请人 浙江衡睿科技有限公司 地址 310011 浙江省杭州市拱墅区丰潭路 508号天行国际中心3号楼8层801室 (72)发明人 袁永杰张卓益吴晗青杨星辉 靖文祥董晓利 (74)专利代理机构 杭州裕阳联合专利代理有限 公司 33289 代理人 姚宇吉 (51)Int.Cl. G01R 31/387(2019.01) G01R 31/388(2019.01) G01R 31/396(2019.01) G0。

2、1R 31/367(2019.01) G01R 31/385(2019.01) (54)发明名称 一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于实时容量动态变化 模型的SOC估算方法， 包括如下步骤： 建立被测电 池二阶RCThevenin模型； 采用脉冲功率测试识 别模型参数； 计算被测电池循环圈数、 运行温度 和放电电流对电池容量衰减的影响， 以计算实际 电池容量； 根据建立的二阶RCThevenin模型获 取的参数， 采用扩展卡尔曼算法调整参数并估算 被测电池SOC， 本发明对SOC的预测考虑到温度、 循环圈数、 放电倍率等因素， 大幅提高了SOC的预。

3、 测精度。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 111537902 A 2020.08.14 CN 111537902 A 1.一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 通过建立被测电池二阶RC Thevenin模型， 并采用脉冲功率测试识别模型参数， 其特征在于， 包括如下步骤： 测量和计算被测电池循环圈数、 运行温度和放电电流对电池容量衰减的影响， 以计算 实际电池容量； 根据建立的二阶RC Thevenin模型获取的参数， 采用扩展卡尔曼算法调整参数并估算 被测电池SOC。 2.根据权利要求1所述的一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 其特征在 于， 测量二阶RC。

4、 Thevenin模型中每一RC环路电压U1和U2， 获取首次放电下降段电池电压差 U， 测量电池电压U， 求出RC电路总电压： URCVSOC-U-U， Vsoc为不同状态下的开路电压； 根据公式URCU1(0)e-t/ 1-U2(0)e-t/ 2， 利用最小二乘拟合法求出 1、 2， 并根据公式URC IR1e-t/ 1+IR2e-t/ 2求静态URC。 3.根据权利要求2所述的一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 其特征在 于， 计算放电倍率对电池容量的影响， 方法包括如下步骤： 测量不同放电电流I1和I2以及对 应放电电流的放电时间t1和t2， 采用普克特方程表示电流随时间的。

5、变化： IntK， 其中， n为 与电线有关的参数， K为活性物质有关常数， 根据普克特方程求出n以及K： n(lgt2-lgt1)/ (lgI2-lgI1)， 并获取电池容量随着电流大小的关系： C(I)It1-n。 4.根据权利要求3所述的一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 其特征在 于， 计算温度和电流对电池容量的影响， 包括如下步骤： 计算不同温度下电池放电容量， 采 用matelab对数据进行拟合， 以获取影响电池容量的温度系数： TaT3bT2+cT+d， 建立温 度、 电流和电池容量方程： C(I,T)k TI1-n， 其中k为温度和电流相关系数， n为电池循环圈 数。

6、。 5.根据权利要求4所述的一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 其特征在 于， 测量不同循环圈数和电池容量之间的关系， 建立电池容量和循环圈数的衰减公式， 根据 上述脉冲功率测试得知电池容量相对于电池循环圈数线性衰减： n， 为衰减系数， n为循环 圈数， 则实际电池容量计算方程为： C(I,T,n)K TI1-n- n， 采用按时积分计算电池实时 SOC， 并通过扩展卡尔曼滤波算法状态参数调整以修正SOC。 6.根据权利要求5所述的一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 其特征在 于， 将URC、 U1、 U2、 电流I、 电池温度T、 循环圈数n作为状态参数输入所述扩展。

7、卡尔曼算法， 用 于修正电池SOC。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111537902 A 2 一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法 技术领域 0001 本发明涉及电池SOC估算领域， 特别涉及一种基于实时容量动态变化模型的SOC估 算方法 技术背景 0002 SOC估算精度受到电芯容量的参数设置的影响， 现有SOC估算方法的准确度较低， 主要原因包括： 在电池的循环过程中会出现电芯容量衰减的状况， 会对后期的SOC估算精度 产生影响， 另外电池充放电倍率、 电池运行温度等因素对电芯容量产生一定的影响， 进一步 会对SOC估算精度产生一定的影响， 而现有技术方案中对上述参数较少考虑。

8、， 从而导致对 SOC估算精度较低。 发明内容 0003 本发明其中一个主要目的在于提供一种基于实时容量动态变化模型的SOC 估算 方法， 所述SOC估算方法采用二阶RC Thevenin模型， 在模型中加入多个电芯容量的影响参 数， 并通过扩展卡尔曼滤波算法对荷电状态(SOC)进行估算。 0004 本发明其中一个目的在于提供一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 所述SOC估算方法计算温度参数对电芯容量的影响， 用于修正SOC估算方法。 0005 本发明其中一个目的在于提供一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 所述SOC估算方法将电池循环寿命纳入影响参数， 用于提高SOC估。

9、算方法的精度。 0006 本发明其中一个目的在于提供一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 所述SOC估算方法将电池充放电倍率纳入估算SOC的影响参数， 以提高 SOC估算方法精度。 0007 为了实现至少一个上述发明目的， 本发明进一步提供一种基于实时容量动态变化 模型的SOC估算方法， 包括如下步骤： 0008 建立被测电池二阶RC Thevenin模型； 0009 采用脉冲功率测试识别模型参数； 0010 计算被测电池循环圈数、 运行温度和放电电流对电池容量衰减的影响， 以计算实 际电池容量； 0011 根据建立的二阶RC Thevenin模型获取的参数， 采用扩展卡尔曼算法调整。

10、参数并 估算被测电池SOC。 0012 根据本发明其中一个较佳实施例， 测量二阶RC Thevenin模型中每一RC环路电压 U1和U2， 获取首次放电下降段电压差U， 测量电池电压U， 求出RC 电路电压： URCVSOC-U- U； Vsoc为不同状态下的开路电压， 根据公式 URCIR1e-t/ 1+IR2e-t/ 2， 利用最小二乘拟合法 求出 1、 2。 0013 根据本发明另一个较佳实施例， 测量不同循环圈数和电池容量之间的关系， 建立 电池容量和循环圈数的衰减公式。 0014 根据本发明另一个较佳实施例， 计算放电倍率对电池容量的影响， 方法包括如下 说明书 1/4 页 3 CN。

11、 111537902 A 3 步骤： 测量不同放电电流I1和I2以及对应放电电流的放电时间t1和t2， 采用普克特方程表示 电流随时间的变化： IntK， 其中， n为与电线有关的参数， K 为活性物质有关常数， 根据普 克特方程求出n以及K： n(lgt2-lgt1)/(lgI2-lgI1)， 并获取电池容量随着电流大小的关 系： C(I)It1-n。 0015 根据本发明另一个较佳实施例， 计算温度对电池容量的影响， 包括如下步骤： 计算 不同温度下电池放电容量， 采用matelab对数据进行拟合， 以获取影响电池容量的温度系 数：TaT3bT2+cT+d， 并获取不同温度以及电流的电池容。

12、量关系方程： C(I,T)k TI1-n。 0016 根据本发明另一个较佳实施例， 根据测试结果计算电池实时容量相对于电池循环 圈数的关系， 根据上述脉冲功率测试得知电池实时容量相对于电池循环圈数线性衰减： n， 为衰减系数， n为循环圈数， 则实际电池容量计算方程为： C(I,T,n)k TI1-n- n， 采用按 时积分计算电池实时SOC， 并通过扩展卡尔曼滤波算法状态参数调整以修正SOC。 0017 根据本发明另一个较佳实施例， 将所述URC总电压、 电流、 电池温度、 循环圈数作为 状态参数输入所述扩展卡尔曼算法， 并输出SOC。 附图说明 0018 请参考图1显示的是二阶RC The。

13、venin模型示意图； 0019 请参考图2显示的是扩展卡尔曼算法输入输出参数调整流程示意图； 0020 请参考图3显示的是本发明一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法具体 流程框图。 具体实施方式 0021 以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。 以下描述中的优 选实施例只作为举例， 本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。 在以下描述中界定 的本发发明的基本原理可以应用于其他实施方案、 变形方案、 改进方案、 等同方案以及没有 背离本发明的精神和范围的其他技术方案。 0022 请参考图3显示的本发明一种基于实时容量动态变化模型的SOC估算方法， 包括如 下步骤： 。

14、0023 建立被测电池二阶RC Thevenin模型； 0024 采用脉冲功率测试识别模型参数； 0025 计算被测电池循环圈数、 运行温度和放电电流对电池容量衰减的影响， 以计算实 际电池容量； 0026 根据建立的二阶RC Thevenin模型获取的参数， 采用扩展卡尔曼算法调整参数并 估算被测电池SOC。 0027 其中脉冲功率测试识别模型参数的方法包括： 将电池充至满电状态， 以0.1C 的电 流将电池电量放电至95状态， 之后将电池静置1小时， 然后对电池以1.5C 电流大小将电 池放电10秒， 静置40秒后对电池进行1C电流大小的充电。 测量上述充放电的RC电路的电压 变化， 进一。

15、步地， 采用上述方法分别测量电池容量为90， 85， 80， 755的模型状 态， 并计算相关的参数， 其中电池的输出电压为： UVsoc(t)-(R0+R1+R2)I(t)-R1(t)-U1(0) e-t/ 1-R2(t)-U2(0)e-t/ 2， Vsoc(t) 为电池在不同SOC下的开路电压， U1(0)和U2(0)分别为二 说明书 2/4 页 4 CN 111537902 A 4 阶RC电路的初始电压， R1(t)和R2(t)分别为二阶RC电路电压快速变化和缓慢变化的参量， R0 为电池欧姆内阻。 其中RC电路的总电压为： URCU1(0)e-t/ 1-U2(0)e-t/ 2， 根据测。

16、试获取电池 不同SOC状态的开路电压Vsoc， 由于RC电路总电压URC无法通过直接测量获取， 但可以计算获 取， 计算公式为： URCVSOC-U-U， U为在每一SOC状态脉冲功率测试中电池放电导致电压 下降部分， 举例来说： 在上述95容量状态下以1.5C电流大小将电池放电10秒后的电池压 差为U， U为电池的测试电压， 通过计算获取URC的具体数值。 0028 值得一提的是， 根据公式URCU1(0)e-t/ 1-U2(0)e-t/ 2， 计算和测量获取不同 SOC状 态下URC和U1(0)和U2(0)， 采用二阶零输入响应和matlab软件提供的最小二乘拟合法计算公 式中 1、 2。。

17、 需要说明的是， 在电池静态下， RC电路中的电阻相对来说是稳定的， RC电路的总 电压相对稳定， 因此可采用公式： URCIR1e-t/ 1+IR2e-t/ 2计算RC电路在不同SOC状态下的静 态电压。 0029 进一步地， 本发明考虑放电倍率对电池容量的影响， 具体方法如下： 测量不同放电 电流以及对应的放电终止时间， 比如在上述95容量状态下可以测量 1.5C和2C的放电电 流以及放电终止时间， 采用普克特方程IntK计算系数n和常数K， 举例来说： 以电流I1和I2 对电池进行放电， 并分别记录电池完全放电的时间为t1和t2， 根据普克特公式变换计算系数 n:n(lgt2-lgt1)。

18、/(lgI2-lgI1)， 并进一步计算常数K， 需要说明的是， n为和电线相关的参 数， K为和电池活性物质相关的常数。 0030 进一步地， 测量不同温度对电容量的影响， 比如25、 35、 45， 在不同温度下测 试的结果采用matelab软件进行拟合， 得出影响电池容量的温度系数为： TaT3bT2+cT+ d， 则电池容量的温度公式为： C(I,T)k TI1-n， 其中k 为温度和放电量相关系数， 不同放电 量和温度对应的k值不同， n为电池循环圈数。 0031 进一步地， 测量不同循环圈数对电池容量的影响， 经过测试拟合发现， 电池容量和 循环圈数呈现线性相关， 即通过CC0- 。

19、n公式计算循环圈数对应的衰减系数 ， n为对应的 循环圈数， C0为电池的初始容量。 根据上述获取的公式进一步推导获得电池实际容量和温 度、 放电倍率、 循环圈数之间的关系： C(I,T,n) k TI1-n- n。 0032 值得一提的是， 请参考图2， 采用按时积分法对电池SOC进行预测， 通过推导获得的 电池实际容量， 将电压(URC、 U1和U2)、 电流I、 电池温度T以及电池循环圈数n作为状态参数输 入到扩展卡尔曼算法中， 输出预测的SOC， 根据之前的状态参数预测下一状态参数和SOC， 需 要说明的是， 扩展卡尔曼算法为现有技术， 控制卡尔曼算法的状态参数输入可控制SOC的预 测。

20、并输出， 本发明对此不再赘述。 0033 附图中的流程图和框图， 图示了按照本发明各种实施例的系统、 方法和计算机程 序产品的可能实现的体系架构、 功能和操作。 在这点上， 流程图或框图中的每个方框可以代 表一个模块、 程序段、 或代码的一部分， 该模块、 程序段、 或代码的一部分包含一个或多个用 于实现规定的逻辑功能的可执行指令。 也应当注意， 在有些作为替换的实现中， 方框中所标 注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。 例如， 两个接连地表示的方框实际上 可以基本并行地执行， 它们有时也可以按相反的顺序执行， 这依所涉及的功能而定。 也要注 意的是， 框图和/或流程图中的每个方框、。

21、 以及框图和/或流程图中的方框的组合， 可以用执 行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现， 或者可以用专用硬件与计算机指令 的组合来实现。 说明书 3/4 页 5 CN 111537902 A 5 0034 本领域的技术人员应理解， 上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例 而并不限制本发明， 本发明的目的已经完整并有效地实现， 本发明的功能及结构原理已在 实施例中展示和说明， 在没有背离所述原理下， 本发明的实施方式可以有任何变形或修改。 说明书 4/4 页 6 CN 111537902 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 111537902 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 111537902 A 8 。