CN106842038B - 一种电池最大放电功率在线估算方法 - Google Patents

一种电池最大放电功率在线估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池最大放电功率在线估算方法，包括如下步骤：选定典型温度工况；获取各温度工况下的OCV‑SOC曲线；获取各温度工况下的R‑SOC曲线；设定电池电压阈值；获取电池当前温度以及SOC值；查表法计算当前OCV值；查表法计算当前R值；根据当前OCV值、R值及电压阈值计算当前最大放电功率。本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法能够在线实时估算、计算复杂度较低且估算精度较高。

Description

一种电池最大放电功率在线估算方法
【技术领域】
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电池最大放电功率在线估算方法。
【背景技术】
电动汽车是未来汽车行业的重要发展、升级领域，其通过内部电池***作为动力来源，电池***的最大放电功率直接决定了电动汽车的输出功率和行驶速度，因此，在线实时估算电池的最大放电功率，对防止电池过放电、增加电池使用寿命具有重要意义。
现有的电池最大功率估算的方法主要有实验室离线测试法以及基于电池模型的在线估算方法两种。其中，实验室离线测试法，例如，美国汽车联盟(PNGV)提出的脉冲放电法(HPPC)，需要在实验室中使用专用的测试设备对电池进行离线测试，测试时间长，并且需要相应的测试设备，比如温箱以及充放电负载仪等，而且不能实现在线估算。
基于电池模型的在线估算方法，例如，基于电池电化学模型和使用卡尔曼滤波的估算方法等，然而，该算法需要建立电池模型进行估算，估算的精度也依赖于模型参数，而模型参数会受到温度等外部因素的影响，进而使得估算精度受到影响，且计算复杂度较高，还需要具有较高运算能力的芯片来支撑。
鉴于此，实有必要提供一种新的电池最大放电功率在线估算方法以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种电池最大放电功率在线估算方法，所述电池最大放电功率在线估算方法能够在线实时估算、计算复杂度较低且估算精度较高。
为了实现上述目的，本发明提供一种电池最大放电功率在线估算方法，包括如下步骤：
选定典型温度工况；
获取各温度工况下的OCV-SOC曲线；
获取各温度工况下的R-SOC曲线；
设定电池电压阈值；
获取电池当前温度以及SOC值；
查表法计算当前OCV值；
查表法计算当前R值；
根据当前OCV值、R值及电压阈值计算当前最大放电功率。
本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法，通过实验室离线测试一次性获取电池不同温度下的OCV-SOC曲线以及R-SOC曲线，进而相较于在线辨识参数的方法具有较高的精度；进一步地，本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法在获取电池不同温度下的OCV-SOC曲线以及R-SOC曲线后还可以实现在线最大放电功率估算，进而相比每次都在实验室进行离线测试估算最大放电功率的方法需要的时间更短、成本更低、效率更高、时效性更强。此外，本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法相比基于电池模型的在线估算方法更简单、运算复杂度更低且无需依赖较高运算能力的芯片。
【附图说明】
图1为本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法的流程图。
图2为不同温度的放电OCV-SOC曲线图。
图3为不同温度的放电R-SOC曲线图。
图4为图1中计算最大放电功率的具体流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参阅图1，其为本发明提供的一种电池最大放电功率在线估算方法的流程图。所应说明的是，本发明的方法并不受限于下述步骤的顺序，且在其他实施例中，本发明的方法可以只包括以下所述步骤的其中部分，或者其中的部分步骤可以被删除。
下面将结合图1对本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法的具体步骤进行详细说明。
S210，选定典型温度工况。
温度是影响电池性能的重要参数，因此，依据所述电池的实际使用环境的温度选定若干个典型温度工况。例如，当所述电池实际使用的环境温度为0～40℃时，每隔20℃取一个典型温度工况，具体地，在本实施方式中，分别以0℃、20℃及40℃进行说明。可以理解，在其他实施方式中，若所述电池实际使用的环境温度为-30℃～50℃时，可以选取-30℃、0℃、20℃以及50℃，当然，选取的典型温度的数量以及间隔均可以依据具体情况而定，并不限于本实施例中所示的数据。
S220，获取各温度工况下的OCV-SOC曲线。
请再结合参阅图2，其为不同温度的放电OCV-SOC曲线图。其中，OCV-SOC曲线是指电池开路电压(OCV，Open Circuit Voltage)与电池荷电状态(SOC，State of Charge)的关系曲线。图2所示为步骤S210中的三个典型温度工况(0℃、20℃及40℃)下对应的三条OCV-SOC曲线。具体地，在不同温度下，每个SOC值都对应一个OCV值。进一步地，所述OCV-SOC曲线的获取方法为：在实验室使用恒温箱创造所述步骤S210中的三个典型温度环境，在每个典型温度环境中使用放电设备获取相应的SOC与OCV关系曲线，其中，在相应温度下的SOC值与OCV值存在一一对应关系，例如，所述电池在0℃下工作时，当SOC值为50％时，存在一个OCV值与之对应。
S230，获取各温度工况下的R-SOC曲线。
请再结合参阅图3，为不同温度的放电等效内阻R-SOC曲线图。其中，R-SOC曲线是指电池等效内阻(R)与电池荷电状态(SOC)的关系曲线。图3所示为步骤S210中的三个典型温度工况(0℃、20℃及40℃)下对应的三条R-SOC曲线。具体地，在不同温度下，每个SOC值都对应一个R值。进一步地，所述R-SOC曲线的获取方法为：在实验室使用恒温箱创造所述步骤S210中的三个典型温度环境，在每个典型温度环境中使用放电设备获取相应的R与OCV关系曲线，其中，在相应温度下的SOC值与R值存在一一对应关系，例如，所述电池在20℃下工作时，当SOC值为80％时，存在一个R值与之对应。
S240，设定电池电压阈值。
具体地，在实际使用中，为了防止电池过度放电，电池管理***会设置一个放电电压保护阈值，当所述电池的电压低于该阈值时，所述电池管理***触发保护措施，以停止对所述电池的使用。在本实施方式中，所述电池的放电电压阈值Vlim为2.5V。可以理解，该阈值仅是为了进行实例说明，本发明的要保护的电压阈值并不局限于此。
S250，获取电池当前温度以及SOC值。
具体地，电池在实际应用中会有电池管理***(BMS，Battery ManagementSystem)与之对应，并对其进行管理。所述BMS的主要功能包括电池电压、电流、温度等信息采集以及电池荷电状态估算(SOC)等。因此，所述电池的温度以及SOC值，可以直接通过所述BMS获取。
S260，查表法计算当前OCV值。
具体地，依据步骤S250中所获得的电池的当前温度以及SOC值，并结合步骤S220中的不同温度下的OCV-SOC曲线，通过查表法计算所述电池当前对应的OCV值。
S270，查表法计算当前R值。
具体地，依据步骤S250中所获得的电池的当前温度以及SOC值，并结合步骤S230中的不同温度下的R-SOC曲线，通过查表法计算所述电池当前对应的R值。
S280，根据当前OCV值、R值及电压阈值计算当前最大放电功率。
具体地，请再参阅图4，其为计算最大放电功率的具体流程图。所述根据当前OCV、R以及电压阈值计算当前最大放电功率之步骤还包括如下步骤：
S281，计算全局最优放电电流CURmax。
CURmax＝OCV/(2*R)
其中，CURmax为全局最优放电电流；OCV为步骤S260中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的开路电压OCV值；R为步骤S270中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的放电等效内阻R值。
S282，计算全局最优放电电压Vmin。
Vmin＝OCV-CURmax*R
其中，Vmin为全局最优放电电压；为步骤S260中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的开路电压OCV值；R为步骤S270中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的放电等效内阻R值；CURmax为步骤S281中计算得到的全局最优放电电流CURmax值。
S283，判断全局最优放电电压Vmin是否小于电压阈值Vlim。若全局最优放电电压Vmin不小于电压阈值Vlim，则表示全局最优放电电压Vmin没超过保护阈值，因此，直接进入步骤S284；若全局最优放电电压Vmin小于电压与阈值Vlim，则表示全局最优放电电压Vmin超过了保护阈值，CURmax则不适用，因此，需进入步骤S285。
S284，计算全局最优放电电流CURmax对应的最大放电功率Pmax。
使用全局最优放电电流CURmax计算最大放电功率Pmax的相应的公式如下：
Pmax＝Vmin*CURmax
其中，Pmax为最终输出的最大放电功率；Vmin为步骤S282中计算到的全局最优放电电压；CURmax为步骤S281中计算得到的全局最优放电电流。
S285，计算与电压阈值Vlim匹配的最优放电电流CURbest。
具体地，计算与电压阈值Vlim匹配的最优放电电流CURbest的公式如下：
CURbest＝(OCV-Vlim)/R
其中，CURbest为电压阈值Vlim匹配的最优放电电流；OCV为步骤S260中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的开路电压OCV值；Vlim为步骤S240中设置的电池阈值；R为步骤S270中依据当前电池温度以及SOC值查表得到的放电等效内阻R值。
S286，计算与最优放电电流CURbest对应的最大放电功率Pmax。
具体地，计算与最优放电电流CURbest对应的最大放电功率Pmax的公式如下：
Pmax＝Vlim*CURbest
其中，Pmax为最终输出的最大放电功率；Vlim为步骤S240中设置的电池电压阈值；CURbest为步骤S285中计算得出的与电压阈值Vlim匹配的最优放电电流。
S287，输出最大放电功率Pmax。
在本实施方式中，依据全局最优放电电压Vmin与保护阈值电压Vlim的大小关系，可以得到步骤S284以及步骤S286中的两种Pmax的计算方法，在实际使用中可以选择一个符合实际情况的Pmax值作为最终输出，例如，若计算出来Vmin>＝Vlim，则选择步骤S284中的Pmax计算方法；若计算出来Vmin<Vlim，则选择步骤S286中的Pmax计算方法。
本发明所提供的一种电池最大放电功率在线估算方法，过实验室离线测试一次性获取电池不同温度下的OCV-SOC曲线以及R-SOC曲线，进而相较于在线辨识参数的方法具有较高的精度；进一步地，本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法在获取电池不同温度下的OCV-SOC曲线以及R-SOC曲线后还可以实现在线最大放电功率估算，进而相比每次都在实验室进行离线测试估算最大放电功率的方法需要的时间更短、成本更低、效率更高、时效性更强。此外，本发明提供的电池最大放电功率在线估算方法相比基于电池模型的在线估算方法更简单，且运算复杂度更低，无需依赖较高运算能力的芯片。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (3)

1.一种电池最大放电功率在线估算方法，其特征在于：包括如下步骤：
选定典型温度工况；
获取各温度工况下的OCV-SOC曲线；
获取各温度工况下的R-SOC曲线；
设定电池电压阈值；
通过BMS获取电池当前温度以及SOC值；
查表法计算当前OCV值；
查表法计算当前R值；
根据当前OCV值、R值及电压阈值计算当前最大放电功率，包括以下步骤：
计算全局最优放电电流CURmax，其计算公式为CURmax＝OCV/(2*R)，
其中，CURmax为全局最优放电电流，OCV为查表法计算得出的当前OCV值，R为查表法计算得出的当前R值；
计算全局最优放电电压Vmin，其计算公式为：Vmin＝OCV-CURmax*R，
其中，Vmin为全局最优放电电压，OCV为查表法计算得出的当前OCV值，R为查表法计算得出的当前R值；
判断全局最优放电电压Vmin是否小于电压阈值Vlim；
若全局最优放电电压Vmin不小于电压阈值Vlim，则计算全局最优放电电流CURmax对应的最大放电功率Pmax，所述全局最优放电电流CURmax对应的最大放电功率Pmax的计算公式为：Pmax＝Vmin*CURmax；
若全局最优放电电压Vmin小于电压阈值Vlim，则计算与电压阈值Vlim匹配的最优放电电流CURbest，计算与最优放电电流CURbest对应的最大放电功率Pmax，所述与电压阈值Vlim匹配的最优放电电流CURbest的计算公式为；CURbest＝(OCV-Vlim)/R，所述与最优放电电流CURbest对应的最大放电功率Pmax的公式为：Pmax＝Vlim*CURbest；
输出最大放电功率Pmax。
2.如权利要求1所述的电池最大放电功率在线估算方法，其特征在于：在“选定典型温度工况”之步骤中，所选择的温度分别为0℃、20℃及40℃。
3.如权利要求1所述的电池最大放电功率在线估算方法，其特征在于：所述OCV-SOC曲线是指电池开路电压与电池荷电状态的关系曲线；所述R-SOC曲线是指电池等效内阻与电池荷电状态的关系曲线；所述OCV-SOC曲线以及R-SOC曲线通过在实验室使用恒温箱创造典型温度工况，并在每个典型温度环境中使用放电设备获得。
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