CN113933710A - 电池功率状态的在线预测方法及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池技术领域，提供了一种电池功率状态的在线预测方法及终端设备，上述方法包括：获取当前目标电池的运行参数；根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。由于直流阻抗短时间内不会变化，因此本发明通过直流阻抗并考虑极化电压的影响，确定目标电池的功率状态，计算过程简单，计算结果准确。

Description

电池功率状态的在线预测方法及终端设备

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池功率状态的在线预测方法及终端设备。

背景技术

电池的功率性能是电池的一个重要指标，准确预测电池能力，正确估计电池功率可以在保证电池不过充、不过放的基础上，充分开发电池的能力。

现有技术中，通常采用RC电池模型计算电池的SOP(State of Power，电池的功率状态)，但由于RC电池模型的参数都是和电流相关的量，而电流在不断的变化，因此各个参数每隔很短的时间就需要重新确定一次，运算量非常大，且计算结果也不够准确。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池功率状态的在线预测方法及终端设备，以解决现有技术中通过RC模型计算电池的SOP，运算量大，结果不准确的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种电池功率状态的在线预测方法，包括：

获取当前目标电池的运行参数；

根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；

根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；

根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

本发明实施例的第二方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的电池功率状态的在线预测方法的步骤。

本发明实施例提供了一种电池功率状态的在线预测方法及终端设备，上述方法包括：获取当前目标电池的运行参数；根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。本发明采用短时间不会变化的直流阻抗确定目标电池的功率状态，无需重复迭代，计算过程简单。同时本发明实施例还综合考虑极化对目标电池的功率状态的影响，结合直流阻抗及第一极化电压综合得到目标电池的功率状态，计算结果准确，运算简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电池功率状态的在线预测方法的实现流程示意图；

图2是电池恒压恒流放电结束时电压到达截止电压的电气参数图；

图3是电池恒压恒流放电结束时电压未到达截止电压时电气参数图；

图4是本发明实施例提供的电池功率状态的在线预测装置的示意图；

图5是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种电池功率状态的在线预测方法，包括：

S101：获取当前目标电池的运行参数；

S102：根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；

S103：根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；

S104：根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

由于电池的直流阻抗随着电池的充放电，短时间内不会发生大的变化，因此本发明实施例中摒弃传统的RC模型，采用直流阻抗确定目标电池的功率状态，无需重复迭代，计算过程简单。同时本发明实施例还综合考虑电池极化对目标电池的功率状态的影响，结合直流阻抗及第一极化电压综合得到目标电池的功率状态，计算结果准确，运算简单。

一些实施例中，S104可以包括：

S1041：根据第一极化电压确定第二极化电压；

S1042：根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的开路电压；

S1043：根据开路电压、第一极化电压、第二极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

一些实施例中，S1043可以包括：

1、根据第一公式计算得到目标电流。

2、根据第二公式计算得到目标电压。

3、将目标电流乘以目标电压得到目标电池的功率状态。

第一公式可以为：

第二公式为：

V₂'＝OCV-I₂'*DCR+V_p2 (2)

其中，V_cutoff为截止电压；OCV为开路电压；DCR为直流阻抗；V_p1为第一极化电压，V_p2为第二极化电压；V₂'为目标电压，I₂'为目标电流，I_max为最大限流值。

参考图2，假设采用恒压恒流对电池放电，放电开始时间为t₁(对应电池电压V₁，电池放电电流I₁及功率P1)，放电结束时间为t₂(对应电池电压V₂，电池放电电流I₂及功率P2)。随着放电的进行，根据恒压恒流放电的原理，电压到达截止电压后，由于极化电压的产生，放电电流的绝对值在曲线末段可能会减小。

在实际测试过程中，测试前电池长时间静置，因此V₁＝OCV，V₂＝V_cutoff，I₁＝0。

根据欧姆定律可以得到电池的直流阻抗DCR的计算公式为：

由以上可以得到结束电流I₂：

根据公式(3)和公式(4)可以得到电池放电的最大功率P_max为：

参考图3，若t₂时刻电压未到达截止电压时，电流达到最大限流值I_max，则I₂＝I_max。由于I₁＝0，则可以得到

P_max＝I₂*V₂＝I_max*(OCV-I_max*DCR) (6)

由于在线测量过程中不确定测试结束时电池电压是否达到截止电压，因此，综合以上两种情况，可以得到：

P_max＝I₂*V₂＝I₂*(OCV-I₂*DCR) (7)

考虑电池的安全性，I₂取两种情况中较小的值，无需确定放电结束时刻电压是否达到截止电压。

考虑极化电压的影响，假设t₁时刻电池的极化电压为V_p1(第一极化电压)，t₂时刻电池的极化电压为V_p2(第二极化电压)。根据电路的全响应公式，可以得到：

I₂取两种情况中较小的值，由公式(8)可以得到公式(1)：

由公式(3)可以得到公式(2)

V₂'＝V₂+V_p2＝OCV-I₂'*DCR+V_p2 (2)

其中，第一极化电压可以通过测试得到，第二极化电压可以根据脉冲电流的时间间隔根据第一极化电压计算得到。

一些实施例中，S1041可以包括：根据第三公式计算得到第二极化电压。

第三公式可以为：

其中，Δt为预设时间间隔，τ为系数；V_p1为第一极化电压，V_p2为第二极化电压。

Δt＝t₂-t₁为预设时间间隔，也即测试的脉冲电流的宽度，τ为系数，可根据目标电池当前的温度及SOC通过查表得到。

一些实施例中，当前目标电池的运行参数包括：温度及SOC；

S1042可以包括：根据目标电池当前的温度及SOC，通过第二预设表格查表得到目标电池的开路电压。

本发明实施例中，可对样本电池进行恒压恒流放电，测试得到不同温度及SOC下的开路电压，形成第二预设表格。进而在实际测试过程中可直接调取第二预设表格得到目标电池的开路电压。其中，样本电池与目标电池应当为同一批次电池，参数基本一致。

一些实施例中，方法还可以包括：

S105：根据连接件的阻抗及目标电流，确定电池组的功率状态。

一些实施例中，S105可以包括：

S1051：根据第四公式确定电池组的功率状态；

第四公式可以为：

P_m＝P₀*N_s*N_P+I₂'²*R_connect (10)

其中，P_m为电池组的功率状态；P₀为功率状态；R_connect为连接件的阻抗，I₂'为目标电流；N_s为电池组中电池串中电芯的数量，N_P为电池组中并联的电池串的数量。

本发明实施例中还考虑连接件的损耗，对于电池组的功率状态，将连接件损耗计算在内。电池组由多个电芯串联形成电池串，再由多个电池串并联形成电池组。

一些实施例中，当前电池的运行参数包括：温度及SOC；

S102可以包括：

S1021：根据目标电池当前的温度及SOC，通过第一预设表格查表得到目标电池的直流阻抗。

一些实施例中，上述方法还可以包括：

S106：获取样本电池恒流恒压放电过程中的电参数，根据样本电池恒流恒压放电过程中的电参数确定第一预设表格。

一些实施例中，还可根据样本电池恒流恒压放电过程中的电参数确定样本电池的最大功率表，供用户参考。

一些实施例中，开路电压及直流阻抗均通过查表得到，考虑SOC估计不准确时有可能导致功率过高估计，因此，开路电压及直流阻抗查表时预留一定裕度，sigma。

充电时：

DCR＝DCR_TABLE(TEMP,SOC+3sigma)

OCV＝OCV_TABLE(TEMP,SOC+3sigma)

放电时：

DCR＝DCR_TABLE(TEMP,SOC-3sigma)

OCV＝OCV_TABLE(TEMP,SOC-3sigma)

其中，DCR_TABLE()为第一预设表格，OCV_TABLE()为第二预设表格。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参考图4，本发明实施例提供了一种电池功率状态的在线预测装置，包括：

参数获取模块21，用于获取当前目标电池的运行参数；

第一计算模块22，用于根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；

第二计算模块23，用于根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；

第一结果输出模块24，用于根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

一些实施例中，第四计算模块24可以包括：

极化电压确定单元241，用于根据第一极化电压确定第二极化电压；

开路电压确定单元242，用于根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的开路电压；

单体功率状态计算单元243，用于根据开路电压、第一极化电压、第二极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

一些实施例中，单体功率状态计算单元243可以具体用于：

1、根据第一公式计算得到目标电流。

2、根据第二公式计算得到目标电压。

3、将目标电流乘以目标电压得到目标电池的功率状态。

第一公式可以为：

第二公式可以为：

V₂'＝OCV-I₂'*DCR+V_p2 (2)

其中，V_cutoff为截止电压；OCV为开路电压；DCR为直流阻抗；V_p1为第一极化电压，V_p2为第二极化电压；V₂'为目标电压，I₂'为目标电流，I_max为最大限流值。

一些实施例中，极化电压确定单元241可以具体用于：根据第三公式计算得到第二极化电压。

第三公式可以为：

其中，Δt为预设时间间隔，τ为系数；V_p1为第一极化电压，V_p2为第二极化电压。

一些实施例中，当前目标电池的运行参数包括：温度及SOC；

开路电压确定单元242可以具体用于，根据目标电池当前的温度及SOC，通过第二预设表格查表得到目标电池的开路电压。

一些实施例中，上述装置还可以包括：

第二结果输出模块25，用于根据连接件的阻抗及目标电流，确定电池组的功率状态。

一些实施例中，第二结果输出模块25可以包括：

电池组功率状态确定单元251，用于根据第四公式确定电池组的功率状态；

第四公式可以为：

P_m＝P₀*N_s*N_P+I₂'²*R_connect (10)

其中，P_m为电池组的功率状态；P₀为功率状态；R_connect为连接件的阻抗，I₂'为目标电流；N_s为电池组中电池串中电芯的数量，N_P为池组中并联的电池串的数量。

一些实施例中，当前电池的运行参数包括：温度及SOC；第一计算模块22可以包括：

查表单元221，用于根据目标电池当前的温度及SOC，通过第一预设表格查表得到目标电池的直流阻抗。

一些实施例中，上述装置还可以包括：

测试模块26，用于获取样本电池恒流恒压放电过程中的电参数，根据样本电池恒流恒压放电过程中的电参数确定第一预设表格。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将终端设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图5所示，该实施例的终端设备4包括：一个或多个处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42。处理器40执行计算机程序42时实现上述各个电池功率状态的在线预测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述电池功率状态的在线预测装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块21至24的功能。

示例性地，计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在终端设备4中的执行过程。例如，计算机程序42可以被分割成参数获取模块21、第一计算模块22、第二计算模块23及第一结果输出模块24。

参数获取模块21，用于获取当前目标电池的运行参数；

第一计算模块22，用于根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的直流阻抗；

第二计算模块23，用于根据当前目标电池的运行参数，确定目标电池的第一极化电压；

第一结果输出模块24，用于根据第一极化电压及直流阻抗，确定目标电池的功率状态。

其它模块或者单元在此不再赘述。

终端设备4包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备的一个示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备4还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器41可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器41也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器41还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，包括：

获取当前目标电池的运行参数；

根据当前目标电池的运行参数，确定所述目标电池的直流阻抗；

根据当前目标电池的运行参数，确定所述目标电池的第一极化电压；

根据所述第一极化电压及所述直流阻抗，确定所述目标电池的功率状态。

2.如权利要求1所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述根据所述第一极化电压及所述直流阻抗，确定所述目标电池的功率状态，包括：

根据所述第一极化电压确定第二极化电压；

根据当前目标电池的运行参数，确定所述目标电池的开路电压；

根据所述开路电压、所述第一极化电压、所述第二极化电压及所述直流阻抗，确定所述目标电池的功率状态。

3.如权利要求2所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述根据所述开路电压、所述第一极化电压、所述第二极化电压及所述直流阻抗，确定所述目标电池的功率状态，包括：

根据第一公式计算得到目标电流；

根据第二公式计算得到目标电压；

将所述目标电流乘以所述目标电压得到所述目标电池的功率状态；

所述第一公式为：

所述第二公式为：

V₂'＝OCV-I₂'*DCR+V_p2

其中，V_cutoff为截止电压；OCV为所述开路电压；DCR为所述直流阻抗；V_p1为所述第一极化电压，V_p2为所述第二极化电压；V₂'为所述目标电压，I₂'为所述目标电流,I_max为最大限流值。

4.如权利要求2所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述根据所述第一极化电压确定第二极化电压，包括：

根据第三公式计算得到所述第二极化电压；

所述第三公式为：

其中，Δt为预设时间间隔，τ为系数；V_p1为所述第一极化电压，V_p2为所述第二极化电压。

5.如权利要求2所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述当前目标电池的运行参数包括：温度及SOC；所述根据当前目标电池的运行参数，确定所述目标电池的开路电压，包括：

根据所述目标电池当前的温度及SOC，通过第二预设表格查表得到所述目标电池的开路电压。

6.如权利要求3所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据连接件的阻抗及所述目标电流，确定电池组的功率状态。

7.如权利要求6所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述根据连接件的阻抗及所述目标电流，确定电池组的功率状态，包括：

根据第四公式确定所述电池组的功率状态；

所述第四公式为：

P_m＝P₀*N_s*N_P+I₂'²*R_connect

其中，P_m为所述电池组的功率状态；P₀为所述功率状态；R_connect为所述连接件的阻抗，I₂'为所述目标电流；N_s为所述电池组中电池串中电芯的数量，N_P为所述电池组中并联的电池串的数量。

8.如权利要求1至7任一项所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述当前电池的运行参数包括：温度及SOC；所述根据当前目标电池的运行参数，确定所述目标电池的直流阻抗，包括：

根据所述目标电池当前的温度及SOC，通过第一预设表格查表得到所述目标电池的直流阻抗。

9.如权利要求8所述的电池功率状态的在线预测方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取样本电池恒流恒压放电过程中的电参数，根据所述样本电池恒流恒压放电过程中的电参数确定所述第一预设表格。

10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述电池功率状态的在线预测方法的步骤。

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