[发明专利]估算电池的荷电状态值的方法及系统、电子设备和车辆

说明书

本发明涉及一种估算电池的荷电状态值的方法及系统、电子设备和车辆，该方法包括：基于安时积分法估算电池的第一荷电状态值；基于水循环算法估算电池的第二荷电状态值；以及基于第一荷电状态值和第二荷电状态值估算电池的实际荷电状态值。

技术领域

本发明涉及电池荷电状态估算的领域，更具体地，涉及一种结合水循环算法和安时积分法的电池荷电状态估算方法。本发明还涉及执行这种电池荷电状态估算方法的相关系统、电子设备和车辆。

背景技术

近年以来，随着人们愈加关注自然环境问题，尤其是CO₂浓度增高所带来的全球变暖现象，制定了越来越多的规定或政策来降低或限制CO₂的排放。在这种情况下，越来越多的汽车生产商主动迎合车辆电气化的趋势，电动汽车在全球汽车市场所占的份额也因此逐年增高。在车辆电气化的变革中，作为电动车辆的能量来源，电池系统变得越来越重要，尤其是提供主要动力的高压电池系统。在众多种类的电池中，当前最受市场关注的是锂(锂离子)电池，锂电池因其相对较高的功率密度、能量密度、安全稳定、寿命相对较长等优点而得到广泛使用。

出于安全和提高容量方面的考虑，锂离子电池包由串联或并联的成百个受电池管理系统(BMS)监控的锂电池单体构成。电池管理系统最重要的一项功能就是估算锂电池单体的荷电状态(state of charge，SOC)，在电池包层面，这些锂电池单体电芯的荷电状态的估算值最终形成了该电池包的整体荷电状态水平。电池的荷电状态，或者说电池包的整体荷电状态是电池的重要参数，反应了电池当前的能量水平、工作状态。电池荷电状态的估算精度会影响锂离子电池使用过程中的效率及安全问题。高精度的荷电状态估算可以提高整个电池包的使用效率和寿命，并且可以用于平衡电池包中各个电池单体的功率输出。总体来说，稳定精确的电池荷电状态估算在很大程度上影响了电动车辆的性能。

在现有技术中，已经提出了很多常用的荷电状态估算方法，其中安时积分法、最小二乘法、卡尔曼滤波法是三种最常见的估算方法。

安时积分法是最简单快速的估算方法，即考虑电池在充放电过程中通过输入或输出电流来计算电池的实时电量，因此基于电流对充放电总时间的积分，就可以计算出电池的荷电状态。然而，这种估算方法将电池的物理模型考虑得过于简单，不能正确表现电池在运行时的实际情况，同时仅通过单一变量(电流)来估算，在对电流的测量出现误差，甚至出现测量错误的情况下，最后计算出的结果会与电池的实际荷电状态存在较大的偏差。而且，在计算的过程中，对出现的任意误差或错误都不能进行校正，从而使误差逐渐累积，最后得出的计算结果也不理想。这种开环算法实际上缺乏必要的校正机制。

最小二乘法也是一种比较常用的估算方法，然而在某些情况下，对电芯等效参数的辨识结果会陷入局部最优解中，甚至在一些情况下，算法无法收敛，从而无法正确寻求到解。

还有一种比较常用的电池荷电状态估算方法是卡尔曼滤波法，卡尔曼滤波法主要基于电池的等效电路模型对锂电池的荷电状态进行估算。近年来，为解决电动车辆领域出现的各种荷电状态估算问题，提出了一批改进的卡尔曼滤波法，包括自适应无迹卡尔曼滤波法、扩展卡尔曼滤波法、双时间尺度扩展卡尔曼滤波法等算法。然而这些算法主要针对电池单体的精确荷电状态估算，而在成百上千个电池单体组成的电池包中，这种对单体的逐个精确估算会导致辨识模型过于复杂，并且计算量过大。

因此，需要一种估算精度高、收敛速度快、简单稳定的算法来克服以上算法的缺陷。

发明内容

为此目的，本发明提出了一种估算电池的荷电状态值的方法，该估算方法结合了安时积分算法和水循环算法。具体地，估算电池的荷电状态值的方包括：

基于安时积分法估算电池的第一荷电状态值；

基于水循环算法估算电池的第二荷电状态值；以及

基于第一荷电状态值和第二荷电状态值估算电池的实际荷电状态值。