[发明专利]一种荷电状态的估计方法

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车控制领域，通过简易、有效的算法，实现了对纯电动汽车铅酸动力电池荷电状态的估计。

背景技术

新能源汽车是汽车工业应对能源危机和环境恶化的必然选择。其中纯电动汽车是新能源汽车中重要的组成部分。动力电池作为纯电动汽车的动力源，是纯电动汽车的关键组成部分。如何合理使用电池，充分利用电池中的能量，延长动力电池的使用寿命是纯电动汽车及混合动力汽车开发中必须要解决的问题。动力电池荷电状态，以下简称SOC(State Of Charge)，表示动力电池剩余电量与额定容量的比值，通常用百分比表示，即满荷电状态时，SOC为100％，电池剩余电量接近0时，SOC为0％。对于动力电池本身来说，其很多电特性都与SOC密切相关，比如动力电池的内阻在SOC很高或者很低的时候相对较大，动力电池在不同SOC状态下，对应着不同的工作电压和允许的放电电流，也有着不同的充放电效率，这都直接影响纯电动汽车的能力管理策略，进而影响整车的经济性。所以，精确估计纯电动汽车中动力电池的SOC将影响整车动力性、经济性、甚至安全性。

电动汽车动力电池SOC的估计，目前国内外采用的方法主要有安时计量法、开路电压法、负载电压法、内阻法、神经网络法和卡尔曼滤波法。目前电动汽车上最为常用的算法是用开路电压法结合安时计量法。公开号为CN 101022178A的中国专利文献，公开了一种“基于标准电池模型的镍氢动力电池荷电状态的估计方法”，其中详细描述了安时计量法存在的固有缺陷。

针对特定的整车系统结构及某一类型的动力电池，选择一种成熟、实用的算法很关键，只有这样，才能保障SOC估计精度并提高算法的实用性。目前，国内外对铅酸动力电池的特性研究已经很成熟，其中一个结论是铅酸动力电池的SOC与其电动势有接近线性的关系。因此，针对铅酸动力电池，如果能够准确计算出电动势，那么就容易估算出电池当前的SOC，但在电动汽车实际使用过程中，由于铅酸动力电池的负载变化大，负载范围宽，利用简单的内阻等效模型很难准确计算出电动势。

目前国内外估计SOC的方法种类多，但都存在各自的缺陷，有的理论算法复杂且实现起来对控制器的计算速度要求非常高；有的估算结果误差较大。目前最常用的算法是安时计量法与开路电压法相结合，但实践证明该方法存在很难解决的固有缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种估计误差小，计算简单，可以解决铅酸动力电池充电浮压以及自放电影响的SOC估计方法。特别适合于配置铅酸动力电池的纯电动汽车。

本发明的方法是基于负载端直流母线电压，根据简易的内阻等效模型计算出两个有效电动势，通过经验算法对这两个有效电动势取不同的加权系数，然后结合铅酸动力电池厂家提供的理论数据和实际测试的经验数据，最终估计出铅酸动力电池的SOC值。

本发明考虑了铅酸动力电池在不同负载情况下，通过检测负载端直流母线电压、根据简易的内阻等效模型计算出两个有效电动势，通过经验算法对这两个有效电动势取不同的加权系数，从而估计出当前铅酸动力电池的电动势，然后参考铅酸动力电池厂家提供的数据，得到当前SOC值。该方法是基于负载端直流母线电压，通过简单有效的算法，同时参考了铅酸动力电池理论和实际测试的数据，能够相对准确的估计出铅酸动力电池SOC值。该方法对整车系统结构配置要求低，通过实际应用后的反馈，利用该方法估计的SOC完全能够满足纯电动汽车需要。由于铅酸动力电池在充电时，产生的浮压较大，所以该方法的缺点是不能准确估计充电中以及充电一段时间后铅酸动力电池的SOC值，但该算法利用铅酸动力电池实际的测试和经验数据，考虑了充电后浮压的影响，能够快速逼近真实的SOC值，弥补了算法固有的缺陷。

具体技术方案如下：

一种荷电状态的估计方法，其用于电动汽车的铅酸动力电池，采用如下步骤：

(1)建立铅酸动力电池内阻等效电路模型；

(2)整车控制器VMS根据铅酸动力电池内阻等效电路模型计算得出两个有效电动势EMF1和EMF2；

(3)整车控制器VMS计算出合理的加权系数Z；

(4)对两个有效电动势EMF1和EMF2取不同的加权系数，得到铅酸动力电池的EMF；

(5)计算出铅酸动力电池的SOC值。