[發(fā)明專利]一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710324208.2
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN107247234B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐興;徐琪凌;王峰;李勇;楊逍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/3842
• 分類號(hào): G01R31/3842;G01R31/367;B60L58/10
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• 代理人: 暫無信息

1.一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：構(gòu)建準(zhǔn)確的動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型，并將準(zhǔn)確的動(dòng)力電池屬性模型輸入到ECU中；

步驟二：采集電流信號(hào)并進(jìn)行放電工況預(yù)測

通過CAN總線獲取汽車行駛過程中由電機(jī)控制器ECU中的電流傳感器檢測到T₁之前的電流信號(hào)，在T₁時(shí)刻，通過智能交通技術(shù)與ECU存儲(chǔ)模塊預(yù)測出t時(shí)間之后的電池放電情況，記為T₂時(shí)刻，其中T₂＝T₁+t；

步驟三：對電池進(jìn)行虛擬靜置仿真

在T₂時(shí)刻令ECU中動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型的輸入電流為0A，進(jìn)行虛擬靜置，通過ECU計(jì)算出當(dāng)輸入電流為0A，靜置一段時(shí)間、待電解液濃度分布均勻后電池端電壓U₂的大小，仿真時(shí)間為t；由此得出的U₂即為T₂時(shí)刻預(yù)測的實(shí)時(shí)在線的電池開路電壓OCV的大小；

步驟四：修正步驟二的預(yù)測誤差并重復(fù)步驟三

修正T₁+Δt時(shí)刻之前的電池放電情況，以真實(shí)的電池放電情況替代預(yù)測出的Δt時(shí)間范圍的電池放電情況，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測t時(shí)間之后的電池放電情況，即為T₃時(shí)刻，其中T₃＝T₁+Δt+t＝T₂+Δt；然后在T₃時(shí)刻令ECU中動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型的輸入電流為0A，進(jìn)行虛擬靜置，通過ECU計(jì)算出當(dāng)輸入電流為0A，靜置一段時(shí)間、待電解液濃度分布均勻后電池端電壓U₃的大小，仿真時(shí)間為t；由此得出的U₃即為T₃時(shí)刻預(yù)測的實(shí)時(shí)在線的電池開路電壓OCV的大小；

步驟五：通過SOC-OCV關(guān)系曲線得到電池的SOC值

根據(jù)計(jì)算得到的OCV，通過電池的SOC-OCV關(guān)系曲線得到在線的實(shí)時(shí)電池SOC值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)方法，其特征在于，步驟一的具體過程包括：首先進(jìn)行電池的機(jī)理分析，得到電池的數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行建模，接著做電池實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做參數(shù)辨識(shí)，得到的參數(shù)帶入模型，再分析模型精度，與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，使得模型能夠準(zhǔn)確仿真電池各階段放電工況；然后將準(zhǔn)確的動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型輸入到ECU當(dāng)中去。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)方法，其特征在于，步驟二的具體過程包括：智能交通技術(shù)能夠通過GPS記錄的汽車所處位置并實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)指示燈與車輛之間的信息交換；根據(jù)位置信息，ECU存儲(chǔ)模塊對該位置的電池放電工況進(jìn)行采集和訓(xùn)練；當(dāng)車輛在該路段行駛時(shí)，ECU運(yùn)算模塊根據(jù)位置和存儲(chǔ)模塊中的放電工況數(shù)據(jù)計(jì)算出下一階段的電池放電工況。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)方法，其特征在于，還包括步驟六：監(jiān)測電池SOC值并進(jìn)行預(yù)警

ECU的輸出模塊與車載12V電池及繼電器連接，輸出模塊根據(jù)運(yùn)算模塊所得結(jié)果控制繼電器，即當(dāng)電池的SOC值低于20％時(shí)，報(bào)警燈打開，提醒駕駛員盡快充電，同時(shí)避免長距離行駛。

5.一種車用動(dòng)力電池的SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括信號(hào)檢驗(yàn)?zāi)K、ECU控制器及報(bào)警裝置；所述ECU控制器分別與所述信號(hào)檢驗(yàn)?zāi)K、所述報(bào)警裝置相連接；

所述信號(hào)檢驗(yàn)?zāi)K包括車載GPS及電流傳感器；

所述報(bào)警裝置包括繼電器、車載電池及報(bào)警燈；所述車載電池用于給ECU和繼電器供電；

所述的ECU控制器包括輸入模塊，存儲(chǔ)模塊，運(yùn)算模塊，輸出模塊；所述的輸入模塊通過CAN總線獲取汽車行駛過程中由電機(jī)控制器ECU中的電流傳感器檢測到車載電源的電流信號(hào)以及車載GPS檢測的汽車所處位置；所述的存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)汽車在GPS檢測到的汽車所處位置的放電工況；所述的運(yùn)算模塊包括虛擬靜置仿真模塊和放電工況預(yù)測模塊；

所述虛擬靜置仿真模塊：構(gòu)建準(zhǔn)確的動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型，首先進(jìn)行電池的機(jī)理分析，得到電池的數(shù)學(xué)模型，再進(jìn)行simulink建模，接著做電池實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做參數(shù)辨識(shí)，得到的參數(shù)帶入模型，再分析模型精度，與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，使得模型能夠準(zhǔn)確仿真電池各階段放電工況；即在電池放電過程中，將電池放電的電流信號(hào)輸入到電池模型準(zhǔn)確擬合出電池端電壓的變化情況；再將準(zhǔn)確的動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型輸入到ECU，并在T時(shí)刻令輸入電流為0A，通過ECU計(jì)算出當(dāng)電流為0A，靜置一段時(shí)間、待電解液濃度分布均勻電池端電壓U，即虛擬靜置之后得到的開路電壓；

放電工況預(yù)測模塊：結(jié)合智能交通技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息交換能夠預(yù)測下階段電池放電工況；所述的智能交通技術(shù)能夠通過GPS記錄的汽車所處位置并實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)指示燈與車輛之間的信息交換；根據(jù)位置信息，所述的ECU存儲(chǔ)模塊對該位置的電池放電工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和訓(xùn)練，當(dāng)車輛在該路段行駛時(shí)，所述的ECU運(yùn)算模塊根據(jù)位置和存儲(chǔ)模塊中的放電工況數(shù)據(jù)計(jì)算出下一階段的電池放電工況；以通過紅綠燈為例，GPS顯示汽車處于紅綠燈路口，通過智能交通技術(shù)接收交通信號(hào)指示燈的信息，如當(dāng)前為紅燈，x秒后轉(zhuǎn)為綠燈，可以預(yù)測駕駛員將由勻速行駛緊急制動(dòng)，也可以輕松得知x秒后駕駛員將會(huì)重新起步加速；根據(jù)存儲(chǔ)模塊儲(chǔ)存的放電工況數(shù)據(jù)能夠預(yù)測出駕駛員起步加速的行為；最后通過所述的ECU運(yùn)算模塊計(jì)算出t時(shí)間之后的電池放電情況；

所述的ECU控制器進(jìn)行SOC實(shí)時(shí)在線估計(jì)，具體如下：構(gòu)建準(zhǔn)確的動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型，并將準(zhǔn)確的動(dòng)力電池屬性模型輸入到ECU中；

采集電流信號(hào)并進(jìn)行放電工況預(yù)測：

通過CAN總線獲取汽車行駛過程中由電機(jī)控制器ECU中的電流傳感器檢測到T₁之前的電流信號(hào)，在T₁時(shí)刻，通過智能交通技術(shù)與ECU存儲(chǔ)模塊預(yù)測出t時(shí)間之后的電池放電情況，記為T₂時(shí)刻，其中T₂＝T₁+t；

對電池進(jìn)行虛擬靜置仿真：

在T₂時(shí)刻令ECU中動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型的輸入電流為0A，進(jìn)行虛擬靜置，通過ECU計(jì)算出當(dāng)輸入電流為0A，靜置一段時(shí)間、待電解液濃度分布均勻后電池端電壓U₂的大小，仿真時(shí)間為t；由此得出的U₂即為T₂時(shí)刻預(yù)測的實(shí)時(shí)在線的電池開路電壓OCV的大小；

修正T₁+Δt時(shí)刻之前的電池放電情況，以真實(shí)的電池放電情況替代預(yù)測出的Δt時(shí)間范圍的電池放電情況，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測t時(shí)間之后的電池放電情況，即為T₃時(shí)刻，其中T₃＝T₁+Δt+t＝T₂+Δt；然后在T₃時(shí)刻令ECU中動(dòng)力電池?cái)?shù)學(xué)模型的輸入電流為0A，進(jìn)行虛擬靜置，通過ECU計(jì)算出當(dāng)輸入電流為0A，靜置一段時(shí)間、待電解液濃度分布均勻后電池端電壓U₃的大小，仿真時(shí)間為t；由此得出的U₃即為T₃時(shí)刻預(yù)測的實(shí)時(shí)在線的電池開路電壓OCV的大小；

根據(jù)計(jì)算得到的OCV，通過電池的SOC-OCV關(guān)系曲線得到在線的實(shí)時(shí)電池SOC值。