基于自加热的SOC估算方法、装置、系统及新能源汽车

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，具体地涉及一种基于自加热的SOC估算方法、一种基于自加热的SOC估算装置、一种基于自加热的SOC估算系统及一种新能源汽车。

背景技术

动力电池组的荷电状态(State of Charge，SOC)是衡量动力电池组工作状态的重要参数之一，准确的计算动力电池组的荷电状态，对有效防止动力电池组过度充电或过度放电、提高动力电池组的安全性能、延长动力电池组的使用寿命起着至关重要的作用。

现有技术通常通过储能系统的电气部分中的霍尔传感器进行电流采样，电池管理器通过对采集到的电流进行安时积分计算电池组的SOC。但是，在电池组自加热的情况下，电流频率升高，在此情况下，现有技术无法准确采集电池组的输出电流，因此无法准确计算电池组的SOC。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种基于自加热的SOC估算方法、装置、系统及新能源汽车，以解决现有技术无法在电池组自加热的情况下准确计算SOC的问题。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算方法，应用于电机控制系统，所述电机控制系统包括与电池组连接的逆变器以及与所述逆变器并联的支撑电容，所述逆变器连接电机，用于控制所述电机的任意两相绕组与所述电池组构成的回路的通断；所述方法包括：

在所述电池组处于自加热状态的情况下，获取所述电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流，并依据所述第一电流确定所述逆变器输入端的第二电流；

获取所述电池组的寄生电容的第一容值及所述支撑电容的第二容值，依据所述第一容值、所述第二容值以及所述第二电流计算得到所述电池组当前输出的第三电流；

对所述第三电流进行安时积分计算以得到所述电池组的放电容量，获取所述电池组的初始剩余容量，依据所述初始剩余容量及所述放电容量确定所述电池组的当前剩余容量。

可选地，依据所述第一容值、所述第二容值以及所述第二电流计算得到所述电池组当前输出的第三电流，包括：

依据所述第一容值、所述第二容值以及所述第二电流计算得到所述支撑电容的第四电流，所述第四电流为所述支撑电容的充放电电流；

当电池充电时以所述第二电流与所述第四电流的差值作为所述第三电流，当电池放电时以第二电流与第四电流之和作为第三电流。

可选地，获取所述电池组的初始剩余容量，包括：

通过BMS获取所述电池组的第一剩余容量；

获取所述电池组中各电芯的当前单体开路电压，依据第一表格或第一拟合曲线获取各电芯的当前单体开路电压对应的第二剩余容量，其中所述第一表格或所述第一拟合曲线至少具有所述电芯的不同开路电压对应的第二剩余容量；

依据各电芯的当前单体开路电压对应的第二剩余容量确定所述电池组的第三剩余容量；

基于所述第一剩余容量及所述第三剩余容量确定所述电池组的初始剩余容量。

可选地，依据得到的第二剩余容量确定所述电池组的第三剩余容量，包括：

以对各电芯的所有第二剩余容量进行加权平均计算得到的值作为第三剩余容量。

可选地，基于所述第一剩余容量及所述第三剩余容量确定所述电池组的初始剩余容量，包括：

在所述第一剩余容量与所述第三剩余容量满足预设修正条件的情况下，依据预设修正系数对所述第一剩余容量进行修正，以修正后的第一剩余容量作为所述电池组的初始剩余容量；否则，以所述第三剩余容量作为所述电池组的初始剩余容量。

可选地，所述预设修正条件包括：

所述第一剩余容量与所述第三剩余容量的差值的绝对值大于阈值。

可选地，依据预设修正系数对所述第一剩余容量进行修正，包括：

依据第二表格或第二拟合曲线获取所述第一剩余容量与所述第三剩余容量的差值的绝对值对应的修正系数，其中所述第二表格或所述第二拟合曲线至少具有所述第一剩余容量与所述第三剩余容量的差值的绝对值的不同值对应的修正系数。

在本发明的第二方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算装置，应用上述的基于电池自加热的SOC估算方法，所述装置包括：

数据获取模块，被配置为在所述电池组处于自加热状态的情况下，获取所述电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流、获取所述电池组的寄生电容的第一容值及所述支撑电容的第二容值、以及获取所述电池组的初始剩余容量；

计算模块，被配置为依据所述第一电流确定所述逆变器输入端的第二电流，依据所述第一容值、所述第二容值以及所述第二电流计算得到所述电池组当前输出的第三电流，以及对所述第三电流进行安时积分计算得到所述电池组的放电容量，依据所述初始剩余容量及所述放电容量确定所述电池组的当前剩余容量。

在本发明的第三方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算系统，包括上述的基于电池自加热的SOC估算装置，所述系统包括：

霍尔传感器，用于采集所述电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流；以及

将所述第一电流传输至所述数据获取模块。

在本发明的第四方面，提供一种新能源汽车，包括上述的基于电池自加热的SOC估算系统。

本发明上述技术方案通过获取经逆变器输出到电机的相电流，经相电流与线电流的换算关系来计算输入逆变器的线电流，再依据电池组的寄生电容与支撑电容的分流关系，基于输入逆变器的线电流计算得到电池组的输出电流，通过对电池组的输出电流安时积分计算电池组的实时SOC，从而能够在电池组自加热状态下准确计算电池组的当前SOC。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明优选实施方式提供的一种基于电池自加热的SOC估算方法流程图；

图2是本发明优选实施方式提供的电机控制系统结构示意图；

图3是本发明优选实施方式提供的一种基于电池自加热的SOC估算装置示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，在本实施方式的第一方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算方法，应用于电机控制系统，电机控制系统包括与电池组连接的逆变器以及与逆变器并联的支撑电容，逆变器连接电机，用于控制电机的任意两相绕组与电池组构成的回路的通断；方法包括：

在电池组处于自加热状态的情况下，获取电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流，并依据第一电流确定逆变器输入端的第二电流；获取电池组的寄生电容的第一容值及支撑电容的第二容值，依据第一容值、第二容值及第二电流计算得到电池组当前输出的第三电流；对第三电流进行安时积分计算得到电池组的放电容量，获取电池组的初始剩余容量，依据初始剩余容量及放电容量确定电池组的当前剩余容量。

如此，本实施方式通过获取经逆变器输出到电机的相电流，经相电流与线电流的换算关系来计算输入逆变器的线电流，再依据电池组的寄生电容与支撑电容的分流关系，基于输入逆变器的线电流计算得到电池组的输出电流，通过对电池组的输出电流安时积分计算电池组的实时SOC。

具体的，本实施方式中新能源汽车的电机控制系统如图2所示，包括电池包PACK、整车控制器VCU、电机控制器MCU及网关。其中，整车控制器包括控制板，电池包包括电池管理单元BMS及电池组，电池管理单元包括电连接的主控制器及从控制器，电机控制器包括依次连接的控制板、驱动板及逆变器；整车控制器的控制板、电池管理单元的主控板及电机控制器的控制板通过网关，采用CAN/CANFD通讯方式进行数据交互。BMS通过从控制器对电池组中各单体电芯进行电压采集、单体电芯温度采集等，通主控制器对电池组电流进行检测，并控制电池组正极端的主正继电器K1、预充继电器K2及电池组负极端的主负继电器K3，可以理解的，对各单体电芯进行电压采集、单体电芯温度采集、对电池组电流进行检测等需要依赖于相关采集模块，例如，通过第一霍尔传感器H1采集电池组电流，BMS相关控制为现有技术，本实施方式对BMS的具体电路结构及控制方法不再赘述。逆变器包括并联的支撑电容C2、第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂，其中，第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂均具有上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均设置有开关模块，开关模块采用MOS管。电机的第一相绕组、与第一相桥臂的上桥臂TV1和下桥臂TV2的连接点连接，电机的第二相绕组与第二相桥臂的上桥臂TV3和下桥臂TV4的连接点连接，电机的第三相绕组与第三相桥臂的上桥臂TV5和下桥臂TV6的连接点连接。电机控制器的驱动板与第一相桥臂、第二相桥臂及第三相桥臂的上桥臂和下桥臂中的MOS管的基极连接。电机控制器的控制板根据整车控制器的控制板发送的控制信号向电机控制器的驱动板发送相应的控制信号以通过驱动板控制第一相桥臂、第二相桥臂及第三相桥臂的上桥臂和下桥臂中的MOS管导通或断开，从而驱动电机实现加速、减速及换向等动作。现有技术中，BMS往往通过采集电池组电流进行安时积分来计算电池组的SOC，例如通过本实施方式中的第一霍尔传感器H1采集电池组电流，但是，由于电池组要稳定反应需要维持一定的温度，因此，现有的新能源汽车往往还包括电池加热系统以在电池温度较低的情况下对电池进行加热，例如，通过控制相应的上桥臂和下桥臂的开关模块高频周期性的导通和断开，使得电池组、主正继电器、对应上桥臂、电机、对应下桥臂、主负继电器形成的回路中产生交流电流，使得电池组交替进行充放电，在电池组交替进行充放电的过程中，交流电流流过电池组的内阻产生热量使得电池组进行加热。在电池自加热的情况下，产生的电流频率通常较高，在现有技术中，通过设置在电池组输出母线上的第一霍尔传感器H1无法采集高频电流，进而无法准确采集电池组的电流，因此，在此情况下无法准确计算电池组的荷电状态即SOC。为了解决该问题，本实施方式通过对电机控制器中逆变器单元输出的相电流进行采样，基于安时积分来计算电池组的当前SOC。如图2所示，由于逆变器单元侧电池组输出母线上的电流i(t')无法直接被采集，本实施方式通过设置在逆变器输出端与电机对应绕组的连接线上的第二霍尔传感器H2来采集电机的对应相电流并基于相电流来计算i(t')。在新能源汽车的控制过程中，通常只用到电机中的两相，因此，本实施方式以控制电机的第一相绕组及第二相绕组构成的回路为例，逆变器的第一相桥臂的上桥臂TV1与逆变器的第二相桥臂的下桥臂TV4导通，则由电池组、主正继电器K1、上桥臂TV1、电机第一绕组、电机第二绕组、下桥臂TV4、主负继电器K3构成的回路导通，电池组对支撑电容C2及电机第一绕组的等效电感L2及电机第二绕组的等效电感L1充电；在逆变器的输出端与电机的第一相绕组的连接线上设置第二霍尔传感器H2，在逆变器的输出端与电机的第二相绕组的连接线上设置第三霍尔传感器H3，其中，第二霍尔传感器H2及第三霍尔传感器H3分别与电机控制器的控制板连接，由于电机的第一相绕组的相电流与第二相绕组的相电流可视为相等的，因此，通过任一霍尔传感器采集电机绕组的相电流即可，本实施方式通过第二霍尔传感器H2对电机第一绕组的相电流进行采样，并由电机控制器的控制板滤波后计算对应采样周期内的平均电流得到电机第一绕组的相电流即第一电流i(t

如图2所示，寄生电容C1、支撑电容C2及第二电流i(t

由于BMS计算得到的SOC可能存在误差，因此获取电池组的初始剩余容量，包括：通过BMS获取电池组的第一剩余容量；获取电池组中各电芯的当前单体开路电压，依据第一表格或第一拟合曲线获取各电芯的当前单体开路电压对应的第二剩余容量，第一表格或第一拟合曲线至少具有电芯的不同开路电压对应的第二剩余容量；依据各电芯的当前单体开路电压对应的第二剩余容量确定电池组的第三剩余容量；基于第一剩余容量及第三剩余容量确定电池组的初始剩余容量。由于电芯的开路电压OCV与SOC之间存在对应关系，因此，可预先对电芯进行OCV与SOC的测试，将OCV映射为对应的SOC，形成对应表格或拟合曲线如生成OCV-SOC表预存在BMS的存储区中，这样，在计算SOC时，可以通过实时获取电芯的单体开路电压得到对应的SOC，并基于电芯的单体开路电压对应的SOC得到电池组的第三剩余容量，从而能够基于第三剩余容量修正通过BMS获取电池组的第一剩余容量。可以理解的，电芯的单体开路电压可以通过获取电芯的端电压及当前电流，基于预先测试确定的电池组的直流内阻，根据动态开路电压公式：开路电压＝电芯的端电压+当前电流*直流内阻计算得到电芯的开路电压。

其中，依据得到的第二剩余容量确定电池组的第三剩余容量，包括：以对各电芯的所有第二剩余容量进行加权平均计算得到的值作为第三剩余容量。本实施方式中，分别计算电池组中所有单体电芯的开路电压，并通过OCV-SOC表进行查表得到所有的第二剩余容量，根据预先设定的各单体电芯的权重值对所有第二剩余容量进行加权平均作为电池组的第三剩余容量。可以理解的，计算第三剩余容量可以有多种方法，例如，还可以取所有第二剩余容量中的最大值与最小值进行加权平均作为电池组的第三剩余容量，本实施方式对此不作限定。

本实施方式中，基于第一剩余容量及第三剩余容量确定电池组的初始剩余容量，包括：在第一剩余容量与第三剩余容量满足预设修正条件的情况下，依据预设修正系数对第一剩余容量进行修正，以修正后的第一剩余容量作为电池组的初始剩余容量SOC

如图3所示，在本发明的第二方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算装置，应用上述的基于电池自加热的SOC估算方法，装置包括：数据获取模块，被配置为在电池组处于自加热状态的情况下，获取电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流、获取电池组的寄生电容的第一容值及支撑电容的第二容值、以及获取电池组的初始剩余容量；计算模块，被配置为依据第一电流确定逆变器输入端的第二电流，依据第一容值、第二容值及第二电流计算得到电池组当前输出的第三电流，以及对第三电流进行安时积分计算得到电池组的放电容量，依据初始剩余容量及放电容量确定电池组的当前剩余容量。上述的基于电池自加热的SOC估算装置中的各个功能模块的具体限定可以参见上文中对于基于电池自加热的SOC估算方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作，例如本实施方式中，基于电池自加热的SOC估算装置可内嵌于BMS的主控制器中。

在本发明的第三方面，提供一种基于电池自加热的SOC估算系统，包括上述的基于电池自加热的SOC估算装置，系统包括：霍尔传感器，用于采集电机当前导通的两相绕组中的任一相绕组的第一电流；以及将第一电流传输至数据获取模块。

在本发明的第四方面，提供一种新能源汽车，包括上述的基于电池自加热的SOC估算系统。

综上所述，本实施方式通过获取经逆变器输出到电机的相电流，经相电流与线电流的换算关系来计算输入逆变器的线电流，再依据电池组的寄生电容与支撑电容的分流关系，基于输入逆变器的线电流计算得到电池组的输出电流，通过对电池组的输出电流安时积分计算电池组的实时SOC，能够在电池组自加热状态下准确计算电池组的当前SOC，从而有效解决了现有技术无法在电池组处于自加热状态下准确采集电池组的母线电流而导致SOC计算准确率低的问题。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。