一种基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法
技术领域：
：1.本发明属于锂电池
技术领域：
：，具体涉及一种基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法。
背景技术：
：：2.在动力电池领域，电池荷电状态soc（stateofcharge）是一个重要指标，它表征了电池当前剩余容量与当前寿命下额定容量之比。对于电动汽车来说，soc值是预防电池过充过放的关键因素，直接影响到电池的使用寿命，关系到用户的体验感，soc严重不准甚至会带来生命危险。实时准确估计soc，可以提高电动汽车的使用效率，提升用户的体验感和安全性。3.工程中常见的soc算法有安时积分法、开路电压法、动态电压末端修正法等。安时积分法即通过电流对时间积分，计算流入流出电池的净容量，进而估算电池的soc，但由于电流采样存在误差，随着时间累积，安时积分的误差会越来越大，严重时会导致车辆抛锚，引发各种交通事故，所以需要在安时积分的基础上对soc进行修正。开路电压法即在对电池进行2小时静置后获取开路电压ocv值，通过查表ocv-soc对soc进行修正，但实际电动汽车或者叉车，静置次数受工况制约，车子使用过程中难以修正soc。动态电压末端修正法是通过充放电末端的动态电压结合soc阈值对充放电末端soc进行分段电压修正，可以较好地实现末端soc修正，但在磷酸铁锂电池的中间ocv平台区，难以通过电压修正soc，较难实现实时估计soc。技术实现要素：4.本发明旨在提供一种基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法，基于三阶rc等效电路模型，以安时积分结合电池模型参数修正，以解决安时积分法中soc随时间累计产生的误差问题，实现对锂电池soc的实时准确估计。为实现该目的，本发明的具体技术方案如下：一种基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法，包括以下步骤：s1.对输入变量进行诊断，若输入变量不满足设定条件，则不计算soc，同时上报对应的故障码errorcode；s2.充电标志位存储，通过计算充放电累积值来确定电池充放电状态，以0.5%soc变化量作为充放电标志位更新标准，充电标志位记为1，放电标志位记为-1；s3.电动势emf估算：通过hppc测试数据参数辨识得到的rc参数导入simulink模型中估算欧姆电压vr0、极化电压vc、迟滞电压vh，求三者之和vsum，用实际电压值减去前三者的求和值vsum，获取电动势emf估算值；s4.基于demf修正soc：基于查表电动势emf_lookup与估算电动势emf_est求差，获得demf，demf与修正速率dsoc/dv相乘，得到模型修正量dsoc_correct，soc修正量soc_correct与安时积分的soc_integration叠加，得到输出的soc；s5.充电末端修正：对充电末端soc进行修正，并执行soc满充标定动作。5.进一步地，所述步骤s2中充电标志位存储的具体操作如下：s21.默认的充放电标志位根据实际生产下线的流程定义，若电池包出厂时为放电状态，记为-1；s22.通过安时积分计算充放电累积值，若soc变化量超过0.5%，则更新充放电标志位，否则不更新；s23.若上电后经过安时积分计算后，soc增长量超过0.5%，则将充电标志位记为充电状态1，否则保持上一时刻下电前的充放电状态，对该标志位进行存储；s24.若上电后经过安时积分计算后，soc减小量超过0.5%，则将充电标志位记为放电状态-1，否则保持上一时刻下电前的充放电状态，对该标志位进行存储。6.进一步地，所述步骤s3中电动势emf估算具体步骤为：s31.针对电芯hppc测试数据，利用lsqcurvefit函数进行参数辨识，获取欧姆内阻r0表，极化内阻r1、r2、r3表，时间常数τ1、τ2、τ3表，将参数表导入simulink模型中，获取估算的欧姆电压vr0、极化电压vc；s32.锂电池在充放电状态转换时存在迟滞效应，最大迟滞电压h为充电ocv与放电ocv求差后的平均值，通过查h表，获取迟滞电压vh值；s33.对充电ocv表和放电ocv表数值取平均，获得查表电动势emf_lookup；s34.对估算的欧姆电压vr0、极化电压vc、迟滞电压vh求和，得到vsum；s35.依次用实际最高单体电压vmax、平均单体电压vavg、最低单体电压vmin减去vsum，分别得到对应估算的emf_est_max、emf_est_avg、emf_est_min；s36.emf估算时限制其变化量，|emf(t)-emf(t-1)|≤1mv/s；若超出，emf(t)取emf(t-1)±1mv/s值；s37.开机后第一时刻取查表的emf_lookup值作为emf_est，后续仍以模型估算的emf作为emf_est；s38.针对0℃及以下的rc参数demf，采用修正系数分段调整策略，对极化内阻进行放大修正，以缩小demf误差。7.进一步地，电动势emf估算值emf_est选取的判定条件为：r1：当根据emf_est_max反查emf表得到的soc大于95%时取emf_est_max作为emf_est输出值；r2：当根据emf_est_min反查emf表得到的soc小于20%时取emf_est_min作为emf_est输出值；r3：当r1和r2条件都不满足时，取emf_est_avg作为emf_est输出值。8.进一步地，针对步骤s36，具体的判定条件如下：q1：当前估算的emf(t)相对前一时刻的变化量不超过1mv/s时，即|emf(t)-emf(t-1)|≤1mv/s，取emf(t)作为当前时刻emf估算值；q2：当前估算的emf(t)与前一时刻差值大于1mv/s时，即emf(t)-emf(t-1)》1mv/s，取emf(t-1) 1mv/s值作为当前时刻emf估算值；q3：当前估算的emf(t)与前一时刻差值小于-1mv/s时，即emf(t)-emf(t-1)《-1mv/s，取emf(t-1)-1mv/s值作为当前时刻emf估算值。9.进一步地，所述步骤s38中，低温下电流倍率越小，极化内阻越大，修正后的极化内阻值等于原参数辨识的极化内阻rc乘修正系数r_crt_cf，在低温且rc参数demf误差较大时，修正系数r_crt_cf选取策略为：当电流倍率在(0.5c，1c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1；当电流倍率在(0.2c，0.5c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.05；当电流倍率在(0.1c，0.2c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.1；当电流倍率在[0c，0.1c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.2。[0010]进一步地，所述步骤s4中，基于demf修正soc的具体步骤如下：s41.对emf_est进行一阶滤波，得出估算emf_est值；s42.用一阶滤波后的估算emf_est值减去查表emf_lookup值，得到demf；s43.针对低温下参数辨识误差，设置demf修正下限阈值dv_error_table矩阵：dv_error_table矩阵是与温度矩阵temp_dv_error_table相关，两者都是一维矩阵；s44.将经过滤波及上述低温dv限幅后的demf输出，与修正速率dsoc/dv相乘，得到模型修正量dsoc_correct，其中dsoc/dv=0.01%/v；s45.soc修正速率不超过0.01%/s；s46.soc修正量soc_correct与安时积分的soc_integration叠加，得到输出的soc；s47.充电时soc不向下修正，放电时soc不向上修正。[0011]进一步地，步骤s41中滤波系数kf为0.01；滤波公式为：，其中，emf_est_out为一阶滤波后输出的估算emf_est值，emf_est为当前时刻通过simulink模型估算的emf值，emf_pre为上一时刻存在eeprom的emf估算值。[0012]进一步地，步骤s43中，demf输出值与dv_error_table矩阵的对应关系如下：x1：demf低于对应温度的dv_error_table下限时，demf输出为0，不进行soc修正，即模型修正量dsoc_correct=0；x2：demf高于对应温度的dv_error_table下限时，将demf与dv_error_table求差后的dv作为demf输出；x3：demf输出上限值为±100mv。[0013]进一步地，步骤s5中充电末端修正包括：s51.首先经步骤s2确定充电标志位为1，即处在充电状态；s52.在充电后期，当最高单体电压vmax小于3.6v且soc高于99%时，将soc保持在99%；s53.在充电后期，当最高单体电压vmax小于3.6v且soc不高于99%时，soc保持原值输出；s54.当最高单体电压vmax达到充电截止电压3.6v时，此时电池已充满，将soc标定为100%。[0014]与现有技术相比，本发明有以下优点：以安时积分结合电池模型参数修正，解决了安时积分法soc随时间累计产生的误差问题，同时克服了中间ocv平台区难以根据动态电压修正soc的问题；实时根据rc参数修正soc，不受静置工况制约，弥补了开路电压法在车子使用过程中难以修正soc的问题；参数辨识精度高，emf误差基本在10mv以内，实现了对锂电池soc的实时准确估计。附图说明[0015]图1为本发明的流程架构图；图2为本发明三阶rc等效电路模型图。实施方式[0016]下面结合附图对本发明一种基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法作进一步说明。[0017]如图1所示，基于三阶rc等效电路模型修正锂电池soc的方法，包括对hppc测试数据进行处理，实现三阶rc参数辨识，进而估算电池电动势emf；基于查表emf与估算emf的差值demf确定dsoc修正量，将其与安时积分的soc值叠加，即得修正后的soc值。该方法主要包括输入诊断、充电标志位存储、电动势emf估算、基于demf修正soc、充电末端修正共5个模块，具体步骤如下：步骤一：输入诊断：对最高单体电压vmax、平均单体电压vavg、最低单体电压vmin、电芯温度temp、电池健康状态soh、电流current等输入变量进行诊断，如果输入变量不满足设定条件，则不计算soc，同时上报对应的故障码errorcode。[0018]步骤二：充电标志位存储：通过计算充放电累积值来确定电池充放电状态，以0.5%soc变化量作为充放电标志位更新标准，充电标志位记为1，放电标志位记为-1；具体的操作如下：s21.默认的充放电标志位根据实际生产下线的流程来定义，本发明电池包出厂时为放电状态，记为-1；s22.通过安时积分计算充放电累积值，若soc变化量超过0.5%，则更新充放电标志位，否则不更新；s23.若上电后经过安时积分计算后，soc增长量超过0.5%，则将充电标志位记为充电状态1，否则保持上一时刻下电前的充放电状态，对该标志位进行存储；s24.若上电后经过安时积分计算后，soc减小量超过0.5%，则将充电标志位记为放电状态-1，否则保持上一时刻下电前的充放电状态，对该标志位进行存储。[0019]步骤三：电动势emf估算：将通过hppc测试数据参数辨识得到的rc参数导入simulink模型中估算欧姆电压vr0、极化电压vc、迟滞电压vh，求三者之和vsum，用实际电压值减去前三者的求和值vsum，获取电动势emf估算值。如图2所示，三阶rc等效电路主要包括一个欧姆内阻r0、三对由极化内阻和极化电容连接的组件以及电源电动势emf。电动势emf估算具体步骤如下：s31.针对电芯hppc测试数据，利用lsqcurvefit函数进行参数辨识，获取欧姆内阻r0表，极化内阻r1、r2、r3表，时间常数τ1、τ2、τ3表，将参数表导入simulink模型中，获取估算的欧姆电压vr0、极化电压vc；s32.锂电池在充放电状态转换时存在迟滞效应，需要考虑迟滞电压vh的影响，最大迟滞电压h为充电ocv与放电ocv求差后的平均值，通过查h表，获取迟滞电压vh值；s33.对充电ocv表和放电ocv表数值取平均，获得查表电动势emf_lookup；s34.对估算的欧姆电压vr0、极化电压vc、迟滞电压vh求和，得到vsum；s35.依次用实际最高单体电压vmax、平均单体电压vavg、最低单体电压vmin减去vsum，分别得到对应估算的emf_est_max、emf_est_avg、emf_est_min；其中，电动势emf估算值emf_est选取的判定条件为：当根据emf_est_max反查emf表得到的soc大于95%时取emf_est_max作为emf_est输出值；当根据emf_est_min反查emf表得到的soc小于20%时取emf_est_min作为emf_est输出值；当上述条件都不满足时，取emf_est_avg作为emf_est输出值。[0020]s36.emf估算时限制其变化量，|emf(t)-emf(t-1)|≤1mv/s；若超出，emf(t)取emf(t-1)±1mv/s值；针对步骤s36，具体的判定条件如下：q1：当前估算的emf(t)相对前一时刻的变化量不超过1mv/s时，即|emf(t)-emf(t-1)|≤1mv/s，取emf(t)作为当前时刻emf估算值；q2：当前估算的emf(t)与前一时刻差值大于1mv/s时，即emf(t)-emf(t-1)》1mv/s，取emf(t-1) 1mv/s值作为当前时刻emf估算值；q3：当前估算的emf(t)与前一时刻差值小于-1mv/s时，即emf(t)-emf(t-1)《-1mv/s，取emf(t-1)-1mv/s值作为当前时刻emf估算值。[0021]s37、针对充放电soc两端emf估算误差较大问题，开机后第一时刻取查表的emf_lookup值作为emf_est，后续仍以模型估算的emf作为emf_est；s38、针对低温（0℃及以下）的rc参数demf误差较大问题，采用修正系数分段调整策略，对极化内阻进行放大修正，从而缩小demf误差。其中，低温下电流倍率越小，极化内阻越大，修正后的极化内阻值等于原参数辨识的极化内阻rc乘修正系数r_crt_cf。在低温且rc参数demf误差较大时，修正系数r_crt_cf选取策略为：当电流倍率在(0.5c，1c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1；当电流倍率在(0.2c，0.5c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.05；当电流倍率在(0.1c，0.2c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.1；当电流倍率在[0c，0.1c]区间时，极化内阻修正系数r_crt_cf=1.2。[0022]步骤四：基于demf修正soc：基于查表电动势emf_lookup与估算电动势emf_est求差，获得demf，demf与修正速率dsoc/dv相乘，得到模型修正量dsoc_correct，soc修正量soc_correct与安时积分的soc_integration叠加，得到输出的soc；基于demf修正soc的具体步骤如下：s41.对emf_est进行一阶滤波，滤波系数kf为0.01；滤波公式为：，其中，emf_est_out为一阶滤波后输出的估算emf_est值，emf_est为当前时刻通过simulink模型估算的emf值，emf_pre为上一时刻存在eeprom的emf估算值；s42.用一阶滤波后的估算emf_est值减去查表emf_lookup值，得到demf；s43.针对低温下参数辨识误差稍大问题，提高了demf修正门槛，具体方法为设置demf修正下限阈值dv_error_table矩阵：dv_error_table矩阵是与温度矩阵temp_dv_error_table相关，两者都是一维矩阵；demf输出值与dv_error_table矩阵的对应关系如下：x1：demf低于对应温度的dv_error_table下限时，demf输出为0，不进行soc修正，即模型修正量dsoc_correct=0；x2：demf高于对应温度的dv_error_table下限时，将demf与dv_error_table求差后的dv作为demf输出；x3：demf输出上限值为±100mv；例如，设定dv_error_table=[604025201510]mv，temp_dv_error_table=[-20ꢀ‑10051025]℃：假设此时温度为-15℃，通过插值查dv_error_table表得，dv_error_table=50mv，若通过前述emf_est和emf_lookup计算的demf=30mv，因为30mv《50mv，所以demf输出值为0mv；若通过前述emf_est和emf_lookup计算的demf=100mv，100mv-50mv=50mv，50mv《demf输出上限值100mv，所以demf输出值为50mv；若通过前述emf_est和emf_lookup计算的demf=200mv，因为200mv-50mv=150mv》demf输出上限值100mv，所以demf输出值为100mv。[0023]s44.将经过滤波及上述低温dv限幅后的demf输出，与修正速率dsoc/dv相乘，得到模型修正量dsoc_correct，其中dsoc/dv=0.01%/v；s45.soc修正速率不超过0.01%/s；s46.soc修正量soc_correct与安时积分的soc_integration叠加，得到输出的soc；s47.充电时soc不向下修正，放电时soc不向上修正。[0024]步骤五：充电末端修正：对充电末端soc偏高问题开展修正，并执行soc满充标定动作。[0025]s51.首先经步骤二确定充电标志位为1，即处在充电状态；s52.在充电后期，当最高单体电压vmax小于3.6v且soc高于99%时，将soc保持在99%；s53.在充电后期，当最高单体电压vmax小于3.6v且soc不高于99%时，soc保持原值输出；s54.当最高单体电压vmax达到充电截止电压3.6v时，此时电池已充满，将soc标定为100%。[0026]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12当前第1页12