锂电池荷电状态值估算方法

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种锂电池荷电状态(SoC)值估算方法，特别是用于不间断电源(UPS)的锂电池荷电状态值估算方法。

背景技术

由于锂电池的高能量密度、长寿命以及高放电倍率等特性，越来越多的UPS产品选择使用锂电池作为能量储备。为了锂电池的安全性以及其他性能的良好表现，相应的电池管理系统(BMS)是十分必要的，其中SoC值的估算是BMS的重要功能。SoC是锂电池的容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～100％，当SoC＝0时表示电池完全放电，当SoC＝100％时表示电池完全充满。目前，大部分应用于UPS产品充电过程的SoC估算方法都采用安时积分法，这种方法来源于电池容量的定义，具体地：

其中，SoC(t)表示电池的当前SoC值，SoC

安时积分法直接简单、易于应用，因此广泛应用于锂电池产品。但是该方法的准确与否特别依赖电流采样电路的准确性，而UPS产品中，电池放电电流最大可达10C以上，而充电电流往往仅为0C～0.5C，C表示电池充放电能力倍率，1C表示电池一小时完全放电时的电流强度。所以，UPS产品中锂电池的充电电流的采样量程仅仅为放电的十分之一左右，从而导致充电电流采样不准确，尤其是在末期小电流充电时，充电电流过小，特别地小于电流采样电路的灵敏度，电流采样线路往往无法采集到此阶段的充电电流，也无法获得准确的SoC值。

UPS对备电时间的判断基于剩余电池容量，而剩余电池容量C

C

在充电末期SoC值不准确的情况下，UPS对剩余备电时间会产生误判，无法准确预估备电时间，也对用户的使用造成困扰。

另外，虽然在实验室环境下能够测量实时SoC值，但是针对固定锂电池的相对固定的实验室数据并不能等同于锂电池实际应用环境中的SoC数据。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种锂电池荷电状态值估算方法，包括如下步骤：

S1：利用安时积分法确定估算荷电状态值；

S2：当判断所述锂电池进入小电流充电模式时，根据查找表确定与所述估算荷电状态值对应的参考电芯电压值，并且比较所述参考电芯电压值和测量的实时电芯电压值以确定修正荷电状态值。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，当充电电流小于预定阈值时，判断所述锂电池进入小电流充电模式。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，当所述估算荷电状态值大于预定阈值时，判断所述锂电池进入小电流充电模式。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，所述安时积分法基于如下公式：

其中，SoC(t)表示所述估算荷电状态值，SoC

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，在所述步骤S1中，以预定的时间周期确定所述估算荷电状态值，其中前一个时间周期确定的估算荷电状态值作为下一个时间周期的初始荷电状态值。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，根据所述锂电池的特性确定所述时间周期。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，确定所述修正荷电状态值包括：

当测量的实时电芯电压值大于参考电芯电压值时，在所述估算荷电状态值的基础上增加一步长值以作为所述修正荷电状态值，以及

以所述修正荷电状态值作为初始荷电状态值重复步骤S1-S2。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，当所述修正荷电状态值达到100％时，确定所述锂电池已充满电。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，所述步长值为0.01％、0.1％、或者1％。

根据本发明的锂电池荷电状态值估算方法，优选地，通过在实验室环境中对锂电池进行充电测试获得所述查找表。

另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行以实现本发明所述的锂电池荷电状态值估算方法。

又一方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储可执行命令；所述处理器被配置为经由执行所述可执行命令来实现本发明所述的锂电池荷电状态值估算方法。

与现有技术相比，本发明的锂电池荷电状态值估算方法操作简单，即使在小电流模式下也能够提供精确的荷电状态值，提升了用户体验。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为采用现有技术的方法获得的充电电流-电芯电压-SOC波形图。

图2为实验室环境测试获得的SoC值—电芯电压关系。

图3为根据本发明实施例的锂电池荷电状态值估算方法的流程图。

图4为采用本发明的方法获得的充电电流-电芯电压-SOC波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明人对电芯电压在小电流充电时的变化进行了分析，以图1所示的采用现有技术的方法获得的充电电流-电芯电压-SOC波形图为例，在电芯电压达到3.48V时，BMS限流转为小电流充电，由于充电电流过小，此时BMS已经无法采样到充电电流，充电电流为零，SoC值保持不变，直至最后电芯电压达到3.5V的电池充满的判定条件，SoC直接从94％跳至100％。很显然，从94％跳变到100％的过程中的采集的SoC数据的误差非常大。然而，发明人发现电芯电压在小电流充电的情况下仍不断上涨，在充电末期，虽然充电电流已经无法采样，但是电芯电压值仍然随着小电流充电持续增高，并且电芯电压的采样精度较高，误差在+/-10mV以内，因此可以依据此时的电芯电压值作为依据校准SoC值。

在实验室环境中，例如使用市售的高精度的充放电测试设备对锂电池的电芯多次进行充电测试，模拟电池在充电末期的情况，由于在充电过程中，电芯电压与实际SoC值都随时间变化，因此二者具有一一对应关系。可以依据实验室测试获得的电芯电压—SoC关系校准安时积分法获得的SoC值。例如，通常情况下，锂电池的SoC值达到预定阈值(例如80％)以上时，就进入小电流充电状态，安时积分法开始出现误差。实验室环境中测量电池在SoC值大于80％时，实际SoC值与对应的电芯电压(在本文中，将该电芯电压值称为“参考电芯电压”)。如表1所示的SoC值与对应的参考电芯电压，该表作为查找表用于后面的修正过程，这里并未给出参考电芯电压的具体数值，因为对于不同的锂电池，不同的电芯，与相同的SoC值对应的参考电芯电压值是不同的，该表仅反映了实际SoC值与电芯电压的一一对应关系。

表1

图2所示的SoC-OCV曲线也示出了SoC值与电芯电压的一一对应关系。

将表1和图2的SoC-OCV对应关系应用在电池充电末期小电流充电时期，作为安时积分法SoC估值在充电末期阶段的修正方法，其修正过程如图3所示。

S1：利用安时积分法估算SoC值，具体地，利用前述公式(1)估算SoC值，以预定的时间周期进行估算，即将前一个时间周期的输出值作为下一个时间周期的初始值SoC

S2：判断是否进入小电流充电模式，也即，将充电电流与阈值电流进行比较，如果充电电流小于阈值电流，则进入步骤S3；如果充电电流大于等于阈值电流，返回步骤S1继续安时积分法估算，不同产品的阈值电流的大小也是不同的；

S3：测量当前的实时电芯电压，将该实时电芯电压与从查找表获得的当前SoC值对应的参考电芯电压进行比较，如果实时电芯电压大于参考电芯电压，则进入步骤S4；如果实时电芯电压小于参考电芯电压，则返回步骤S1继续安时积分法估算。

S4：判断当前SoC值是否小于100％，如果是，则进入步骤S5；如果否，则返回步骤S1继续安时积分法估算；

S5：进行SoC值修正，在当前SoC值的基础上增加一步长值(例如0.01％、0.1％、或者1％)获得更新的SoC值并输出，基于该更新的SoC值持续一段时间直到当前执行时间周期结束，然后返回步骤S1重复上述循环，即将该更新的SoC值作为初始值进行安时积分法估算，重复步骤S1-S5。

参见图4所示的采用本发明的方法获得的充电电流-电芯电压-SOC波形图，在进入小电流充电模式之后，利用电芯电压对SoC值进行修正，直到SoC值达到100％。可以看出，本发明的方法采集到的SoC曲线缓慢上升，消除了小电流充电模式中的SOC跳变，更加精确。

总地来说，在本发明的SoC值估算过程中，首先采用安时积分法进行估算，当进入小电流充电模式，基于实时电芯电压与参考电芯电压之间的比较进行SoC值的修正，如果实时电芯电压大于参考电芯电压，就在当前SoC值的基础上加一个步长值(例如1)，然后将该修正的SoC值作为下一个执行时间周期的初始值进行后续的积分估算和修正，当SoC值达到100％时，停止估算，得到完整的SOC值曲线。

由于通常情况下，锂电池的SoC值达到预定阈值以上时，就进入小电流充电状态，因此，在SoC值估算过程中，也可以以SoC值>SoC预定阈值作为小电流充电模式的判断标准。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或可执行指令，当所述计算机程序或可执行指令被执行时实现如前述实施例中所述的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。在本发明的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何能够存储数据且可以被计算装置读取的有形介质。计算机可读存储介质的实例包括硬盘驱动器、网络附加存储器(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其它光学或非光学数据存储装置。计算机可读存储介质也可以包括分布在网络耦合计算机系统上的计算机可读介质，以便可以分布式地存储和执行计算机程序或指令。

在本发明的又一个实施例中，还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，其中所述存储器用于存储可由处理器执行的可执行指令，其中所述处理器被配置为执行存储器上存储的可执行指令，所述可执行指令被执行时实现前述任一实施例中介绍的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

本说明书中针对“各个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”等的参考指代的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构、或性质包括在至少一个实施例中。因此，短语“在各个实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”等在整个说明书中各地方的出现并非必须指代相同的实施例。此外，特定特征、结构、或性质可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。因此，结合一个实施例中所示出或描述的特定特征、结构或性质可以整体地或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构、或性质无限制地组合，只要该组合不是非逻辑性的或不能工作。

本说明书中“包括”和“具有”以及类似含义的术语表达，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备并不限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。“一”或“一个”也不排除多个的情况。另外，本申请附图中的各个元素仅仅为了示意说明，并非按比例绘制。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。