基于充電策略估算動力電池容量的方法

【摘" 要】針對動力電池的容量計算有很多種方法，例如利用滿充和滿放的方法、利用循環歷史數據計算方案、利用卡爾曼濾波方法來估算等。最常見的方案是將電池進行滿充和滿放，然后計算充入與放出的容量數據來計算電池的容量值[1]。但客戶在實際用車過程中很多時候缺少滿充和滿放的條件，因此文章提出與充電策略相結合，同時使用電池的歷史數據來提高計算容量值精度的方法，確保得到準確的電池容量。

【關鍵詞】滿充；滿放；電池容量；歷史數據；充電策略

中圖分類號：U463.633"""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1003-8639（2025）01-0040-03

Method of Estimating Power Battery Capacity Based on Charging Strategy

XIE Musheng，ZHU Weiqiang

（SANY Heavy Industry Engineering Vehicle Division，Changsha 410100，China）

【Abstract】There are many methods for calculating the capacity of power batteries，such as using full charge and full discharge methods，using cyclic historical data calculation schemes，and using Kalman filtering methods for estimation. The most common solution is to fully charge and discharge the battery，and then calculate the capacity data of the charging and discharging to calculate the capacity value of the battery [1]. However，customers often lack the conditions of full charge and full discharge during actual vehicle use. Therefore，in this article，we propose a method that combines charging strategies and uses historical battery usage data to improve the accuracy of calculating capacity values，ensuring accurate battery capacity.

【Key words】full charge；full discharge；battery capacity；historical data；charging strategies

0" 引言

電動汽車在使用過程中，因使用場景限制，例如無固定充電樁或混動車車主不愿意頻繁滿充等，導致整車運行較長時間后，電池的容量信息會出現計算不準的情況[2]，特別是基于滿充滿放的策略來計算電池容量的算法，在此種情況下缺少計算的條件，導致無法得到動力電池組真實的電池容量數據。

主要原因為整車電池電量較大，末端充電速率慢[3]，大部分時候使用條件限制等導致客戶不太愿意等待電池完全充滿（SOC達到100%，同時最高電壓達到允許充電的截止電壓），導致正常情況下電池沒有充滿的條件，缺少達到開啟容量計算的機會，導致電池管理系統無法校正電池的容量。

1" 容量計算方法

動力電池進行容量計算需要對電池進行滿充，然后滿放，從而計算出電池的容量。而這個過程在整車上很難通過此方法來實現，因為有些車主并沒有滿充的習慣，所以通過此方法來進行容量計算在整車上實現比較困難[4]。

本文提出一種新的方法來計算電池的容量，該方法可以快速配合充電來計算容量，而不一定需要絕對的滿充才能進行容量的計算，并且計算精度可達到5%以內。

1.1" 充電樁與電池配合充電方法

在整車電池管理系統與充電樁連接時，電池管理系統判定是否需要進入電池容量估算，使用估算充電操作將電池充滿電，根據充電的電量累加值和充電完畢的動力電池的SOC上升值得到動力電池的充電計算容值。

結合充電過程，通過控制充電過程來實現在較短的時間內進行電池容量的計算，使得計算出來的電池容量精度較高，同時能夠控制計算容量的頻率等。

通過與電池使用過程中所有累積容量信息與電池循環關系數據計算出的容量相融合，得出最終的電池容量值。

1.2" 電池循環容量計算方法

循環數量與容量的關系計算流程如圖1所示。

1）S1：整車電池管理系統與充電樁連接，電池管理系統判定是否需要進入電池容量估算，若是，則執行步驟S2；若否，則執行正常充電操作。

2）S2：使用估算充電操作將電池充滿電，根據充電的電量累加值和充電完畢的動力電池的SOC上升值得到動力電池的充電計算容量值；然后通過電池管理系統獲取動力電池的電池循環數據，進而通過動力電池的電池容量與電池循環數據關系（圖2）得到電池循環容量值。

3）S3：根據所述充電計算容量值和所述電池循環容量值得到動力電池的估算容量。

1.3" 充電電量差值計算容量

將動力電池按照正常充電操作充電到第一預設SOC，然后暫停充電等待一定的時間；等到可以通過SOC-OCV的關系查取到SOC信息時間后，并根據所述SOC-OCV特征關系表得到第一計算SOC[5]，計成SOCOCV1。

然后按照正常充電操作將電池充電到第二預設SOC，然后暫停充電，同時電池管理系統獲取電池電量從第一預設SOC到第二預設SOC過程中的電量積累值。

根據所述SOC-OCV特征關系表得到第二計算SOC，記成SOCOCV2[6]，根據第一計算SOC、第二計算SOC和電量積累值，通過容量值計算公式得到動力電池的充電計算容值，記成DeltaAh。

結合充電策略估算動力電池容量的方法，所述容量值計算公式為：

CP1=[DeltaAhSOCOCV1-SOCOCV2] （1）

式中：CP1——充電計算容量值；DeltaAh——電量積累值；SOCOCV1——第一次計算得到的SOC；SOCOCV2——第二次計算得到的SOC。通過此方法可計算得到容量信息CP1。

在計算過程中，為了控制精度，結合充電策略估算動力電池容量的方法，第一預設SOC區間為15%～40%，第二預設SOC區間為80%～90%。

最后兩種容量信息按估算容量的計算公式為：

CP=W1×CP1+W2×CP2 （2）

式中：CP——估算容量；W1——第一權重因子；W2——第二權重因子；CP2——電池循環容量值。按電池出廠循環測試數據得到經驗公式，采用的是電池的實際容量充放電量計算出來的循環數據與電池容量的關系表，以查表方式得到數值。

2" 計算仿真結果

在Simulink里搭建模型進行仿真計算，同時將程序下載到硬件平臺上進行驗證計算得到如下結果。

圖3為搭載仿真模型，設定初始的SOC值，理論上通過靜置查詢OCV得到SOCOCV1，然后充入一定量的容量后，仿真中設置充入的容量信息DeltaAh值為120Ah，同時給出充電結束后的查詢OCV表格得到的SOC值SOCOCV2，此時的SOCOCV2也是充電到這個點后，通過靜置一定時間得來的查表SOC值。再結合電池循環數據相關的CP2值，得到最終電池組的容量數據。

仿真系統設計為兩個支路并聯的高壓架構，每個支路的SOC值都需計算出來，會存在兩個SOC的值及兩個支路的容量數據。

由圖4可知，按此方法能很準確地計算出電池的容量數據CP1的值，輸入參數SOCOCV1為（30%，30%），SOCOCV2為（92%，95%），則計算出最終CP1的值為225.72%。

對最終的容量公式（2）中使用CP1和CP2兩個對應的權重值，則是在不同項目中進行標定后的參數，不同的項目配置，循環容量測試的數據是否足夠，決定著兩個參數的數值，在此不做贅述。

3" 結束語

通過仿真表明此方法能快速計算出系統的容量數據，解決了現實中整車上計算電池的容量問題。

參考文獻

[1] 姚芳，田家益，黃凱.鋰電池組健康狀態計算方法綜述[J].電源技術，2018，42（1）：135-138.

[2] 謝雨.車用動力電池健康狀態及壽命預測模型研究[D].長春：吉林大學，2022.

[3] 楊維剛，楊志強，張學鋒.新能源混合動力汽車動力電池容量計算及SOC控制[J].汽車電器，2022（5）：16-18.

[4] 艾貽霞，陳振卓，韓昱.新型BMS、SOH、SOC電池容量計算系統[J].價值工程，2020（26）：194-195.

[5] 王兵，汪寧，吳冬，等.基于充電過程數據的鋰離子電池健康狀態評估方法[J].科學技術創新，2022（19）：44-47.

[6] 寇志華，潘旭海，季豪. 基于容量衰減速度的三元鋰電池健康狀態預測[J].電源技術研究與設計，2018，42（2）：185-187，194.

（編輯" 楊凱麟）