電池組的電池單體soc和容量估計算法的選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電池管理技術領域，具體涉及電池單體S0C和容量估計算法的選擇方 法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池荷電狀態（S0C，State of Charge)反映電池的剩余電量，健康狀態 (SOH，State of Health)反映電池的老化情況。電池組容量的大小關系到成組電池的能量 密度和電動汽車的最大行駛里程，對于電池組容量進行估計是電池管理系統的重要功能之 一。為了保證對電動汽車剩余行駛里程的估計，需要對電池組容量估計誤差提出相應的要 求。
[0003] 現有技術中存在多種基于不同數學模型的電池單體的S0C和S0H的在線估計方法， 能達到的精度各有不同，實現的難度也不相同。例如，比較常用的S0C估計方法包括加權融 合算法、卡爾曼濾波算法以及不同類型的觀測器等。對S0H的估計方法有電壓微分法、內阻 測量法以及容量增量法。通常估計方法達到的精度越高，實現難度越大，需要進行的計算越 復雜，對電池管理系統的要求也越高。在實際應用中面臨著對這些估計方法進行選擇的問 題。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種電池單體S0C和容量估計算法的選擇方法。
[0005] -種電池組的電池單體S0C和容量估計算法的選擇方法，包括如下步驟：
[0006] S1:建立電池單體的容量和S0C估計誤差與電池組容量估計誤差的關系；
[0007] S2:定義參數價為電池單體的容量與電池組容量的比值，根據電池組的一致性的 特點，即容量之間差異和S0C之間差異，估算參數價的大小；
[0008] S3:根據步驟S1建立的關系及步驟S2估算的參數RC的大小，對特定的電池組估計 容量誤差目標，計算電池單體S0C和容量估計誤差的范圍；以及
[0009] S4:根據該電池單體S0C和容量估計誤差的范圍選擇電池單體S0C和容量估計算 法。
[0010] 本發明將電池組容量估計誤差與電池單體的容量和S0C的估計誤差建立定量關 系，當電池管理系統給出一個需要的電池組估計容量誤差目標，可以選擇合適精度的電池 單體容量估計方法和S0C估計方法。因此，本發明對電池管理系統的電池單體S0C和容量估 計算法精度的選擇是基于電池組容量估計誤差的要求，從而避免了盲目提高估計算法精 度，無必要的增加電池管理系統的復雜程度和運算量的問題，優化了電池管理系統的設計。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明實施例只考慮電池單體S0C估計誤差的容量-電量散點圖。
[0012] 圖2為本發明實施例只考慮電池單體容量估計誤差的容量-電量散點圖。
[0013] 圖3為本發明實施例考慮電池單體S0C和容量估計誤差的容量-電量散點圖。
[0014] 圖4為本發明實施例參數Rc與電池組S0C和容量分布的關系圖。
[0015]圖5為本發明實施例電池組容量估計誤差、電池單體的容量和S0C的估計誤差關系 圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下將結合附圖對本發明的電池組的電池單體S0C和容量估計算法的選擇方法作 進一步的詳細說明。
[0017] 首選，對本發明說明書中涉及的一些名詞進行解釋。
[0018]本發明說明書中提到的"電量"（electric charge)是指電池在某一時刻具有的實 際電量。
[0019]本發明說明書中提到的"容量"（capacity)是指電池在完全充電狀態具有的實際 電量，也就是電池能夠存儲的最大電量。
[0020] 本發明說明書中提到的"荷電狀態"（S0C)，代表的是電池使用一段時間或長期擱 置不用后的電池所具有的電量與電池完全充電狀態時具有的電量的比值，取值范圍為〇~ 1，當soc = o時表示電池放電完全，當S0C=1時表示電池完全充滿。
[0021] 本發明說明書中提到的"健康狀態"（S0H)代表的是電池實際容量與初始容量的比 值。電池在出廠時的容量為初始容量，隨著電池的不斷使用，電池的實際容量會逐漸減少。 [0022]本發明實施例提供一種電池組的電池單體S0C和容量估計算法的選擇方法，包括 如下步驟：
[0023] S1:建立電池單體的容量和S0C估計誤差與電池組容量估計誤差的關系；
[0024] S2:定義參數Rc為電池單體的容量與電池組容量的比值，根據電池組的一致性的 特點，即容量之間差異和S0C之間差異，估算參數RC的大小；
[0025] S3:根據步驟S1建立的關系及步驟S2估算的參數RC的大小，對特定的電池組估計 容量誤差目標，計算電池單體S0C和容量估計誤差的范圍；以及
[0026] S4:根據該電池單體S0C和容量估計誤差的范圍選擇電池單體S0C和容量估計算 法。
[0027]該電池組優選為串聯電池組。在理論上，由相同電池單體串聯而成的串聯電池組 的容量等于電池單體的容量。但在實際應用中，組成電池組的各電池單體存在著不一致性， 不同電池單體的容量和電量都會存在差異。因此，在相同時刻，不同電池單體的剩余放電電 量不同。對電池組進行放電時，剩余放電電量最小的電池單體會最先達到放空電量狀態，如 果此時繼續對電池組放電，就會出現電池單體過放的情形。下文將該剩余放電電量最小的 電池單體的該剩余放電電量簡稱為"最小剩余放電電量"。所以，為避免過放情形，電池組可 以放電的最大電量為該最小剩余放電電量。同樣，由于電池單體存在不一致性，不同電池單 體的剩余充電電量不同。對電池組進行充電時，剩余充電電量最小的電池單體會最先達到 充滿電量狀態，如果此時繼續對電池組充電，就會出現電池單體過充的情形。下文將該剩余 充電電量最小的電池單體的該剩余充電電量簡稱為"最小剩余充電電量"。所以，為避免過 充情形，電池組可以充電的最大電量為該最小剩余充電電量。
[0028]為避免由電池組中多個電池單體之間存在不一致性導致的某個電池單體的過充 或過放情形，本發明實施例該電池組的容量是在標準環境溫度下（25°C)，以電池單體容量 標定電流，從電池組一節電池單體為充滿電量狀態(其他電池單體處在非過充狀態)放電到 一節電池單體為放空電量狀態(其他電池單體處在非過放狀態)這一過程中電池組釋放的 總電量。
[0029] 因此該電池組容量即為該最小剩余放電電量和該最小剩余充電電量之和，即滿足
，其中Cpack是電池組容量，n是電 池組的電池數目。SOCi為組成電池組的各電池單體的S0C，Ci為組成電池組的各電池單體的 容量，souXCi為各電池單體的剩余放電電量，-n X C；)即為該最小剩余放電電 In泠 量，（1-SOCi) XCi為各電池單體的剩余充電電量，1(1 - )即為該最小剩余 充電電量。
[0030] 可以看到電池組容量是由兩個極端電池單體(具有該最小剩余放電電量的電池單 體，下文稱為電池單體B)和具有最小剩余充電電量的電池單體(下文稱為電池單體A))的容 量和S0C確定的，而這兩個電池單體的確定需要知道電池組所有電池單體的容量和S0C，也 就是說，該電池組容量的估計需要基于所有電池單體的容量和S0C的估計。因此，該電池單 體的容量和S0C估計誤差與該電池組容量的估計誤差之間存在關系。
[0031] 在該步驟S1中，該電池單體的容量和S0C估計誤差與電池組容量估計誤差的關系 通過下式建立。
[0032] 該電池組容量絕對誤差為：
[0034]電池組容量相對誤差為：
[0036]其中，a %為電池單體S0C的絕對估計誤差，%為電池單體容量的相對估計誤差。 CA_est為電池管理系統給出的電池單體A的容量，CB est為電池管理系統給出的電池單體B的 容量。CA為電池單體A的實際容量，CB為電池單體B的實際容量。S0C A為電池單體A的實際S0C， S0CB為電池單體B的實際S0C，即Ca、CB、SOCa及S0CB均為實際值。
[0037]下面對該電池單體的容量和S0C估計誤差與電池組容量估計誤差關系的建立過程 進行說明：
[0038] (1)當電池單體容量估計準確，S0C存在估計誤差時，這時電池管理系統給出的電 池單體A和電池單體B的容量等于其真實值，分別為C A和C^SOC的估計誤差一般用絕對誤差 來表示，即a%，那么，電池單體A的S0C真實值SOCa和電池單體B的S0C真實值S0C B所在范圍 為：
[0039] SOCa^ [ S0CA_est-a % , S0CA_est+a % ]；
[0040] SOCb e [ S0CB_est-a % , S0CB_est+a % ] 〇
[0041 ] 其中，S0CA_est為電池管理系統給出的電池單體A的SOC，S0CB_est為電池管理系統給 出的電池單體B的S0C。
[0042]所以，電池單體A的電量真實值Qa和電池單體B的電量真實值Qb所在范圍為：
[0043] QaE [CaX (SOCa-est-a%)，CaX (SOCa-est+a%)];
[0044] QBe [Cb X (SOCb-est-a% )，Cb X (SOCb-est+a% )]。
[0045] 請參閱圖1，在容量-電量散點圖（C-Q圖）中可以畫出電池單體真實值的范圍來分 析電池組的容量，電池單體電量真實值是一個范圍，電池單體在C-Q圖中的可能狀態值分布 在一個線段上