[发明专利]基于电化学模型的电池荷电状态的估算方法及装置

说明书

本发明提供了基于电化学模型的电池荷电状态的估算方法及装置，包括：对电池建立电化学模型；设置电池的当前荷电状态SOC的初始值，根据SOC的初始值确定电化学模型中固相锂离子浓度的初始分布；对电池进行充/放电测试，采集电池的实测电压和实测电流；根据实测电流和固相锂离子浓度的初始分布，计算电化学模型在当前采集时刻的输出电压和固相锂离子浓度分布；若输出电压与实测电压之间的电压差在预设范围内，则根据当前采集时刻的固相锂离子浓度分布估算电池的当前SOC值。本发明提供的SOC估算方法不依赖SOC初始值的准确度，可在线使用，准确度高。

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤指一种基于电化学模型的电池荷电状态的估算方法及装置。

背景技术

储能电站中使用了大量的锂电池，其荷电状态(SOC，State of Charge)的估算不仅是电池管理系统(BMS)的重要功能，而且SOC值是储能电站性能的一个重要参数，对SOC的准确估算可以显著提高电池的使用性能，更大限度发挥电站在调频储能和“削峰填谷”的调节作用和经济价值。

目前主流的SOC估算方法都是以宏观的电流、电压等物理量进行估算，比较常用的有开路电压法、安时积分法等。其中安时积分法需要将一段时间内电池充电或放电的电流进行积分计算，并与初始电量进行加和，准确性依赖于初始SOC的准确度，但在实际工况下很难知道电池的初始SOC，使得其准确性降低。开路电压法是测得各个SOC值对应的电池开路电压(OCV)，建立电池的 OCV与SOC之间的映射关系，但由于测量开路电压时，需要将电池与外电路断开，并间隔一段时间之后测得，因此不适用在线预估。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电化学模型的电池荷电状态的估算方法及装置，用于解决现有电池的SOC估算依赖初始SOC准确度的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于电化学模型的电池荷电状态的估算方法，包括：对电池建立电化学模型；设置所述电池的当前荷电状态SOC的初始值，根据所述SOC的初始值确定所述电化学模型中固相锂离子浓度的初始分布；对所述电池进行充/放电测试，经第一时间间隔后采集所述电池的实测电压和实测电流；根据所述实测电流和所述固相锂离子浓度的初始分布，计算所述电化学模型在当前采集时刻的输出电压和固相锂离子浓度分布；若所述输出电压与所述实测电压之间的电压差在预设范围内，则根据当前采集时刻的固相锂离子浓度分布计算所述电化学模型的固相锂离子的平均浓度，根据所述平均浓度计算所述电池的当前SOC 值。

在一些实施例中，还包括：若所述输出电压与所述实测电压之间的电压差超过预设范围，则根据所述输出电压与所述实测电压之间的电压差、以及预知的正/负极开路电位OCP与固相表面锂离子浓度的关系，调整当前采集时刻的固相锂离子浓度分布；获取下一采集时刻的所述电池的实测电压和实测电流；根据下一采集时刻的实测电流和调整后的固相锂离子浓度分布，计算所述电化学模型在下一采集时刻的输出电压和固相锂离子浓度分布；若所述下一采集时刻的输出电压与所述下一采集时刻的实测电压之间的电压差在预设范围内，则根据所述下一采集时刻的固相锂离子浓度分布计算所述电化学模型的固相锂离子的平均浓度，根据所述平均浓度计算所述电池的当前SOC值。

在一些实施例中，所述的根据所述输出电压与所述实测电压之间的电压差、以及预知的正/负极开路电位OCP与固相表面锂离子浓度的关系，调整当前采集时刻的固相锂离子浓度分布，包括：

根据所述输出电压与所述实测电压之间的电压差、以及预知的正/负极开路电位OCP与固相表面锂离子浓度的关系，得到最大的表面锂离子浓度差；

根据所述最大的表面锂离子浓度差调整当前采集时刻的固相锂离子浓度分布。

在一些实施例中，所述的根据所述输出电压与所述实测电压之间的电压差、以及预知的正/负极开路电位OCP与固相表面锂离子浓度的关系，得到最大的表面锂离子浓度差，包括：