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一种电池峰值功率的估计方法及装置

阅读:144发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种电池峰值功率的估计方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 电池 峰值功率 的估计方法及装置,用于避免峰值 电流 估计过大,产生电池过温现象,提高了电池的安全性能。本申请方法包括:获取待测电池的当前时刻的 电压 、当前时刻的电流、当前时刻的 荷电状态 和当前时刻的 温度 ;根据电池 工作温度 约束条件和当前时刻的温度确定第一持续峰值电流;根据端电压约束条件和当前时刻的电压确定待第二持续峰值电流;根据 电池荷电状态 约束条件和当前时刻的荷电状态确定第三持续峰值电流;根据第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流;根据最小持续峰值电流确定峰值电压;根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池的峰值功率。,下面是一种电池峰值功率的估计方法及装置专利的具体信息内容。

1.一种电池峰值功率的估计方法,其特征在于,包括:
获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度
根据电池工作温度约束条件和所述当前时刻的温度确定所述待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;
根据端电压约束条件和所述当前时刻的电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第二持续峰值电流;
根据电池荷电状态约束条件和所述当前时刻的荷电状态确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第三持续峰值电流;
根据所述第一持续峰值电流、所述第二持续峰值电流和所述第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流;
根据所述最小持续峰值电流确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值电压;
根据所述最小持续峰值电流和所述峰值电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值功率。
2.根据权利要求1所述的估计方法,其特征在于,所述根据电池工作温度约束条件和所述当前时刻的温度确定所述待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流包括:
获取电池工作温度上限;
根据所述电池工作温度上限和所述当前时刻的温度确定电池允许最大温升;
根据预置的电池等效电路模型和所述电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。
3.根据权利要求2所述的估计方法,其特征在于,所述根据预置的电池等效电路模型和所述电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流包括:
根据预置的电池等效电路模型、所述电池允许最大温升建立电池热模型,并得到第一等效公式:
其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;
根据所述第一等效公式确定第一计算公式:
其中, 为峰值电流,R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升,Tmax为电池工作温度上限;
根据所述第一计算公式得到第一持续峰值电流。
4.根据权利要求1所述的估计方法,其特征在于,所述根据端电压约束条件和所述当前时刻的电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第二持续峰值电流包括:
获取端电压约束条件,所述端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,所述第一时间尺度和所述第二时间尺度用于控制采样时长,所述第一时间尺度大于所述第二时间尺度;
根据预置的电池等效电路模型和所述端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流;
根据预置的电池热模型和所述端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流;
确定所述第一预估电流和所述第二预估电流的第一差值;
若所述第一差值小于第一阈值,则确定所述第二预估电流为所述第二持续峰值电流。
5.根据权利要求4所述的估计方法,其特征在于,当为放电场景时,所述根据预置的电池等效电路模型和所述端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流包括:
根据所述预置的电池等效电路模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第二计算公式:
其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数,Ls为第二时间尺度采样数,
根据所述第二计算公式得到第一预估电流。
6.根据权利要求5所述的估计方法,其特征在于,当为放电场景时,所述根据预置的电池热模型和所述端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流包括:
根据所述预置的电池热模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第三计算公式:
其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数,根据所述第三计算公式得到得到第二预估电流。
7.根据权利要求4-6任一所述的估计方法,其特征在于,所述方法还包括:
若所述差值大于或等于所述第一阈值,则确定新的第一预估电流;
确定新的第二预估电流;
确定所述新的第一预估电流和所述新的第二预估电流的第二差值;
若所述第二差值小于所述第一阈值,则确定所述新的第二预估电流为所述第二持续峰值电流;
若所述第二差值大于或等于所述第一阈值,则重新计算所述第二计算公式和所述第三计算公式,直至所述第二计算公式的结果和所述第三计算公式的结果的差值小于所述第一阈值。
8.根据权利要求1所述的估计方法,其特征在于,所述根据电池荷电状态约束条件和所述当前时刻的荷电状态确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第三持续峰值电流包括:
获取电池荷电状态约束条件,所述电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值、荷电状态的下限值;
根据所述电池荷电状态约束条件、所述当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。
9.根据权利要求8所述的估计方法,其特征在于,当为放电场景时,所述根据所述电池荷电状态约束条件、所述当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流包括:
根据荷电状态的下限值、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程确定第四计算公式:
其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间;
根据所述第四计算公式得到第三持续峰值电流。
10.一种电池峰值功率的估计装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度;
第一确定单元,用于根据电池工作温度约束条件和所述当前时刻的温度确定所述待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;
第二确定单元,用于根据端电压约束条件和所述当前时刻的电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第二持续峰值电流;
第三确定单元,用于根据电池荷电状态约束条件和所述当前时刻的荷电状态确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第三持续峰值电流;
第四确定单元,用于根据所述第一持续峰值电流、所述第二持续峰值电流和所述第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流;
第五确定单元,用于根据所述最小持续峰值电流确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值电压;
第六确定单元,用于根据所述最小持续峰值电流和所述峰值电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值功率。
11.根据权利要求10所述的估计装置,其特征在于,所述第一确定单元包括:
第一获取模,用于获取电池工作温度上限;
第一确定模块,用于根据所述电池工作温度上限和所述当前时刻的温度确定电池允许最大温升;
第二确定模块,用于根据预置的电池等效电路模型和所述电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。
12.根据权利要求11所述的估计装置,其特征在于,所述第二确定模块具体用于:
根据预置的电池等效电路模型、所述电池允许最大温升建立电池热模型,并得到第一等效公式:
其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;
根据所述第一等效公式确定第一计算公式:
其中, 为峰值电流,R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升,Tmax为电池工作温度上限;
根据所述第一计算公式得到第一持续峰值电流。
13.根据权利要求10所述的估计装置,其特征在于,所述第二确定单元包括:
第二获取模块,用于获取端电压约束条件,所述端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,所述第一时间尺度和所述第二时间尺度用于控制采样时长,所述第一时间尺度大于所述第二时间尺度;
第三确定模块,用于根据预置的电池等效电路模型和所述端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流;
第四确定模块,用于根据预置的电池热模型和所述端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流;
第五确定模块,用于确定所述第一预估电流和所述第二预估电流的第一差值;
第六确定模块,若所述第一差值小于第一阈值,则用于确定所述第二预估电流为所述第二持续峰值电流。
14.根据权利要求13所述的估计装置,其特征在于,当为放电场景时,所述第三确定模块具体用于:
根据所述预置的电池等效电路模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第二计算公式:
其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数,Ls为第二时间尺度采样数,
根据所述第二计算公式得到第一预估电流。
15.根据权利要求14所述的估计装置,其特征在于,当为放电场景时,所述第四确定模块具体用于:
根据所述预置的电池热模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第三计算公式:
其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数,根据所述第三计算公式得到第二预估电流。
16.根据权利要求13-15任一所述的估计装置,其特征在于,所述第二确定单元还包括:
所述第三确定模块,若所述差值大于或等于所述第一阈值,则用于确定新的第一预估电流
所述第四确定模块,用于确定新的第二预估电流;
所述第五确定模块,用于确定所述新的第二预估电流和所述新的第三预估电流的第二差值;
所述第六确定模块,若所述第二差值小于所述第一阈值,则用于确定所述新的第二预估电流为所述第二持续峰值电流;
计算模块,若所述第二差值大于或等于所述第一阈值,则用于重新计算所述第二计算公式和所述第三计算公式,直至所述第二计算公式的结果和所述第三计算公式的结果的差值小于所述第一阈值。
17.根据权利要求10所述的估计装置,其特征在于,所述第三确定单元包括:
第三获取模块,用于获取电池荷电状态约束条件,所述电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值、荷电状态的下限值;
第七确定模块,用于根据所述电池荷电状态约束条件、所述当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。
18.根据权利要求17所述的估计装置,其特征在于,当为放电场景时,所述第七确定模块具体用于:
根据荷电状态的下限值、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程确定第四计算公式:
其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间;
根据所述第四计算公式得到第三持续峰值电流。
19.一种终端,其特征在于,包括:
电池和电池峰值功率的估计装置;
所述电池峰值功率的估计装置为如上述权利要求10-16任一项所述的电池峰值功率的估计装置。
20.一种电池,其特征在于,
所述电池包括如上述权利要求10-16任一项所述的电池峰值功率的估计装置。
21.一种计算机可读存储介质,包括指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行如权利要求1-9任意一项所述的方法。
22.一种包含指令的计算机程序产品,当其在计算机上运行时,使得计算机执行如权利要求1-9任意一项所述的方法。

说明书全文

一种电池峰值功率的估计方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及电池领域,尤其涉及一种电池峰值功率的估计方法及装置。

背景技术

[0002] 动电池峰值功率为在短时间内(通常为10s、60s等)动力电池所允许放出或充入的最大持续功率,其中,电池峰值功率包括充电峰值功率和放电峰值功率两种。
[0003] 现有方案中,一方面通过建立电池等效电路模型,基于模型的端电压约束条件计算得到基于电压约束的峰值电流估计值;另一方面基于电池荷电状态(state of charge,SOC)约束条件计算得到基于SOC约束的峰值电流估计值。将基于以上两种约束条件的峰值电流估计值取最小值,即得到最终的峰值电流估计值,再用该值代入电池模型状态方程中得到对应电压值,将峰值电流与对应电压相乘得到最终峰值功率估计值。
[0004] 现有方案中,没有考虑电池工作温度的限制,导致预测结果可能偏大,导致电池在运行过程中出现过温现象,影响电池安全性能。发明内容
[0005] 本申请实施例提供了一种电池峰值功率的估计方法及装置,用于在电池峰值功率估计的过程中考虑工作温度影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象,提高电池的安全性能。
[0006] 本申请第一方面提供了一种电池峰值功率的估计方法,包括:获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度;在不同的约束条件下测量待测电池的持续峰值电流,首先根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;其次根据端电压约束条件和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流;然后根据电池荷电状态约束条件和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流;比较第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流的大小并确定最小持续峰值电流;根据最小持续峰值电流确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压;根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。本申请实施例中,在考虑荷电状态约束条件和端电压约束条件的同时,考虑电池工作温度约束条件对峰值电流的影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象。提高了电池的安全性能。
[0007] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第一种实现方式中,根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流包括:获取电池工作温度上限;根据电池工作温度上限和当前时刻的温度确定电池允许最大温升;根据预置的电池等效电路模型和电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。本实现方式中,根据电池工作温度上限确定电池允许最大温升,确保电池的变化温度不超过电池允许最大温升,提高了电池的安全性能。
[0008] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中,根据预置的电池等效电路模型和电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流包括:根据预置的电池等效电路模型、电池允许最大温升建立电池热模型,并得到第一等效公式: 其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;根据第一等效公式确定第一计算公式:
[0009]其中,
为峰值电流,R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升,Tmax为电池工作温度上限;根据第一计算公式得到第一持续峰值电流。本实现方式中,对第一持续峰值电流的计算过程进行了细化,在电池工作温度上限的范围内计算第一持续峰值电流,提高了得到的第一持续峰值电流的准确性。
[0010] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第三种实现方式中,根据端电压约束条件和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流包括:获取端电压约束条件,该端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,第一时间尺度和第二时间尺度用于控制采样时长,第一时间尺度大于第二时间尺度;根据预置的电池等效电路模型和端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流;根据预置的电池热模型和端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流;确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;若第一差值小于第一阈值,则确定第二预估电流为第二持续峰值电流。本实现方式中,根据电池的端电压约束条件确定第二计算公式和第三计算公式,分别得到第一预估电流和第二预估电流,确定第一预估电流和第二预估电流之间的差值,当差值小于第一阈值时,将第二预估电流作为第二持续峰值电流,采用不同的时间尺度,提高了计算结果的准确性。
[0011] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第四种实现方式中,当为放电场景时,根据预置的电池等效电路模型和端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流包括:根据预置的电池等效电路模型、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度确定第二计算公式:
[0012]
[0013] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, 根据第二计算公式得到第一预估电流。本实现方式中,对第一预估电流的计算过程进行了细化,在端电压约束条件下计算第一预估电流,提高了得到的第一预估电流的准确性。
[0014] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第五种实现方式中,当为放电场景时,根据预置的电池热模型和端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流包括:根据预置的电池热模型、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度确定第三计算公式:
[0015]
[0016] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, 根据第三计算公式得到第二预估电流。本实现方式中,对第二预估电流的计算过程进行了细化,在端电压约束条件下计算第二预估电流,提高了得到的第二预估电流的准确性。
[0017] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第六种实现方式中,方法还包括:若差值大于或等于第一阈值,则确定新的第一预估电流;确定新的第二预估电流;确定新的第一预估电流和新的第二预估电流的第二差值;若第二差值小于第一阈值,则确定新的第二预估电流为第二持续峰值电流;若第二差值大于或等于第一阈值,则重新计算第二计算公式和第三计算公式,直至第二计算公式的结果和第三计算公式的结果的差值小于第一阈值。本实现方式中,增加了重复计算新的第一预估电流和新的第二预估电流的第二差值的过程,直至第二差值小于第一阈值,输出新的第二预估电流作为第二持续峰值电流,增加了本申请实施例的实现方式。
[0018] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第七种实现方式中,根据电池荷电状态约束条件和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流包括:获取电池荷电状态约束条件,该电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值、荷电状态的下限值;根据电池荷电状态约束条件、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。本实现方式中,根据电池工作温度上限确定电池允许最大温升,确保电池的变化温度不超过电池允许最大温升,提高了电池的安全性能。
[0019] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第一方面的第八种实现方式中,当为放电场景时,所述根据所述电池荷电状态约束条件、所述当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流包括:根据荷电状态的下限值、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程确定第四计算公式:
[0020]
[0021] 其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间;根据第四计算公式得到第三持续峰值电流。本实现方式中,对第三持续峰值电流的计算过程进行了细化,在电池荷电状态的约束范围内计算第三持续峰值电流,提高了得到的第三持续峰值电流的准确性。
[0022] 本申请第二方面提供了一种电池峰值功率的估计装置,包括:获取单元,用于获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度;第一确定单元,用于根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;第二确定单元,用于根据端电压约束条件和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流;第三确定单元,用于根据电池荷电状态约束条件和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流;第四确定单元,用于根据第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流;第五确定单元,用于根据最小持续峰值电流确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压;第六确定单元,用于根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。本申请实施例中,在考虑荷电状态约束条件和端电压约束条件的同时,考虑电池工作温度约束条件对峰值电流的影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象。提高了电池的安全性能。
[0023] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第一种实现方式中,第一确定单元包括:第一获取模,用于获取电池工作温度上限;第一确定模块,用于根据电池工作温度上限和当前时刻的温度确定电池允许最大温升;第二确定模块,用于根据预置的电池等效电路模型和电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。
[0024] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第二种实现方式中,第二确定模块具体用于:根据预置的电池等效电路模型、电池允许最大温升建立电池热模型,并得到第一等效公式: 其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;根据第一等效公式确定第一计算公式:
[0025]其中,
为峰值电流,R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升,Tmax为电池工作温度上限;根据第一计算公式得到第一持续峰值电流。本实现方式中,对第一持续峰值电流的计算过程进行了细化,在电池工作温度上限的范围内计算第一持续峰值电流,提高了得到的第一持续峰值电流的准确性。
[0026] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第三种实现方式中,第二确定单元包括:第二获取模块,用于获取端电压约束条件,该端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,第一时间尺度和第二时间尺度用于控制采样时长,第一时间尺度大于第二时间尺度;第三确定模块,用于根据预置的电池等效电路模型和端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流;第四确定模块,用于根据预置的电池热模型和端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流;第五确定模块,用于确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;第六确定模块,若第一差值小于第一阈值,则用于确定第二预估电流为第二持续峰值电流。本实现方式中,根据电池的端电压约束条件确定第二计算公式和第三计算公式,分别得到第一预估电流和第二预估电流,确定第一预估电流和第二预估电流之间的差值,当差值小于第一阈值时,将第二预估电流作为第二持续峰值电流,采用不同的时间尺度,提高了计算结果的准确性。
[0027] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第四种实现方式中,当为放电场景时,第三确定模块具体用于:根据预置的电池等效电路模型、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度确定第二计算公式:
[0028]
[0029] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, 根据第二计算公式得到第一预估电流。本实现方式中,对第一预估电流的计算过程进行了细化,在端电压约束条件下计算第一预估电流,提高了得到的第一预估电流的准确性。
[0030] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第五种实现方式中,当为放电场景时,第四确定模块具体用于:根据预置的电池热模型、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度确定第三计算公式:
[0031]
[0032] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, 根据第三计算公式得到第二预估电流。本实现方式中,对第二预估电流的计算过程进行了细化,在端电压约束条件下计算第二预估电流,提高了得到的第二预估电流的准确性。
[0033] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第六种实现方式中,第二确定单元还包括:第三确定模块,若差值大于或等于第一阈值,则用于确定新的第一预估电流;第四确定模块,用于确定新的第二预估电流;第五确定模块,用于确定新的第二预估电流和新的第三预估电流的第二差值;第六确定模块,若第二差值小于第一阈值,则用于确定新的第二预估电流为第二持续峰值电流;计算模块,若第二差值大于或等于第一阈值,则用于重新计算第二计算公式和第三计算公式,直至第二计算公式的结果和第三计算公式的结果的差值小于第一阈值。本实现方式中,增加了重复计算新的第一预估电流和新的第二预估电流的第二差值的过程,直至第二差值小于第一阈值,输出新的第二预估电流作为第二持续峰值电流,增加了本申请实施例的实现方式。
[0034] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第七种实现方式中,第三确定单元包括:第三获取模块,用于获取电池荷电状态约束条件,该电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值、荷电状态的下限值;第七确定模块,用于根据电池荷电状态约束条件、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。本实现方式中,根据电池工作温度上限确定电池允许最大温升,确保电池的变化温度不超过电池允许最大温升,提高了电池的安全性能。
[0035] 在一种可能的设计中,在本申请实施例第二方面的第八种实现方式中,当为放电场景时,第七确定模块具体用于:根据荷电状态的下限值、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程确定第四计算公式:
[0036]
[0037] 其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间;根据第四计算公式得到第三持续峰值电流。本实现方式中,对第三持续峰值电流的计算过程进行了细化,在电池荷电状态的约束范围内计算第三持续峰值电流,提高了得到的第三持续峰值电流的准确性。
[0038] 本申请第三方面提供了一种终端,包括:电池和电池峰值功率的估计装置;电池峰值功率的估计装置为如上述第二方面的任一实现方式中的电池峰值功率的估计装置。
[0039] 本申请第四方面提供了一种电池,该电池包括上述第二方面的任一实现方式中的电池峰值功率的估计装置。
[0040] 本申请的第五方面提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述各方面所述的方法。
[0041] 本申请的第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述各方面所述的方法。
[0042] 从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
[0043] 获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度;在不同的约束条件下测量待测电池的持续峰值电流,首先根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;其次根据端电压约束条件和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流;然后根据电池荷电状态约束条件和当前时刻的荷电状态确定待测电池在预置的时间间隔内的第三持续峰值电流;比较第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流的大小并确定最小持续峰值电流;根据最小持续峰值电流确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压;根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。本申请实施例中,在考虑荷电状态约束条件和端电压约束条件的同时,考虑电池工作温度约束条件对峰值电流的影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象。提高了电池的安全性能。附图说明
[0044] 图1为电池的等效电路模型示意图;
[0045] 图2为电动汽车的整车系统结构示意图;
[0046] 图3为本申请实施例中电池峰值功率的估计方法的一个实施例示意图;
[0047] 图4为本申请实施例中电池峰值功率的估计方法的另一个实施例示意图;
[0048] 图5为本申请实施例中电池峰值功率的估计装置的一个实施例示意图;
[0049] 图6为本申请实施例中电池峰值功率的估计装置的另一个实施例示意图;
[0050] 图7为本申请实施例中电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

[0051] 本申请实施例提供了一种电池峰值功率的估计方法及装置,用于在电池峰值功率估计的过程中考虑工作温度影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象,提高了电池的安全性能。
[0052] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例进行描述。
[0053] 本申请文件中提及的“第一”或“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外,本申请文件中提及的“包括”或“具有”及其任何变形,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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0054] 现有方案中提供了多种电池峰值功率的估计方法,具体可包括:基于端电压的峰值功率估计方法、基于荷电状态(state of charge,SOC)的峰值功率估计方法以及多约束估计方法。其中,基于端电压的峰值功率估计方法是最为经典和常用的方法之一,通过建立电池的等效电路模型,如图1所示。电池由电压源(OCV)、欧姆内阻R和极化内阻R1组成,根据电压源当前的状态、设计限值、电池的欧姆内阻和电池的极化内阻,计算电池的峰值功率;而基于SOC的峰值功率估计方法,避免动力电池SOC在位于或者接近控制限值时不安全的充放电操作;多约束估计方法结合了电池自身电流与功率的多种约束条件,同时考虑电池动态电压特性,基于模型方程估计出一段时间内的峰值功率,然而该方法并未考虑在估计过程中温度的影响。
[0055] 为了解决上述各个方法存在的问题,本申请提供了一种电池峰值功率的估计方法及装置,同时考虑端电压、SOC以及温度对电池峰值功率的影响,提高了电池的安全性能和电池峰值功率的精度,提高了计算效率。
[0056] 本申请应用在于电动汽车电池管理系统(battery management system,BMS)的一部分功能中,电动汽车的整车系统结构如图2所示。动力电池系统作为动力来源为整车提供足够的能量和功率,以满足整车的续驶里程和动力性需求,而BMS作为动力电池包的监控和管理单元需要保证电池系统时刻处于安全、可控的状态范围之内。各核心部件基本都包含了高压回路的动力回路以及控制器局域网总线(controller area network,CAN)回路的通讯回路,其中,高压回路以动力电池系统和BMS为核心,而CAN回路则以整车控制器(vehicle control unit,VCU)为核心,二者一起实现车载充电机(on board charger,OBC)、非车载充电机(off board charger,OFC)的充电功能,以及电机(Motor)和空调(air conditioners,AC)等的放电功能,保证电动汽车的正常使用。
[0057] 本申请的应用场景是电动汽车动力电池系统在使用过程中,实时对当前电池峰值功率估计的场景,覆盖了电池的放电和回馈充电的两种工作场景。在放电场景中,本申请通过计算得到放电峰值功率,将此值提供给VCU,VCU依据此值设定当前车辆所能使用的最大功率。该值的准确性能够保证电池安全,避免电池过温、过放,同时能够最大化汽车的动力性能。在回馈充电场景中,本申请通过计算得到的充电峰值功率,将此值提供给VCU,VCU通过该值设定当前车辆最大回馈充电功率。该值的准确性能够保证电池安全,避免电池过温、过充,同时能够最大化制动回馈的能量,降低行驶成本。
[0058] 为了便于描述,本申请实施例中,以锂电池为例进行说明,本申请的方案还可以应用其他类型的电池中,包括但不限于锂电池,例如,还可以应用在锂金属-空气电池、铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池等,具体此处不做限定。
[0059] 为便于理解,下面对本申请实施例中放电场景的具体流程进行描述,请参阅图3,本申请实施例中电池峰值功率的估计方法的一个实施例包括:
[0060] 301、获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度。
[0061] 电池峰值功率的估计装置按照一段时间间隔实时获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度。
[0062] 具体的,电池峰值功率的估计装置每隔60秒获取一次待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度。例如,电池峰值功率的估计装置进行计时,从0秒开始,当记录的时间为60秒时,获取待测电池此时的电压。电流、荷电状态和温度;当记录的时间为120秒时,再次获取待测电池此时的电压。电流、荷电状态和温度。
[0063] 可以理解的是,一段时间间隔的时长可以根据实际情况进行设置,例如,时间间隔还可为30秒、20秒等,具体此处不做限定。“一段时间间隔”为根据实际需要确定的每个预估周期的时长。例如,预估周期(即一段时长内估计电池的峰值功率)为30秒,则从计时开始,每过30秒就预估一次,即时间间隔为30秒。本申请实施例中涉及的电流、电压等参数都是同一段时间间隔内的参数。
[0064] 需要说明的是,本申请实施例中涉及的一段时间间隔,都是指同一段时间间隔,即本申请实施例中涉及的参数都是在同一段时长中获取或计算得到。
[0065] 302、根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流。
[0066] 电池峰值功率的估计装置根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流。
[0067] 具体的,先获取电池工作温度上限;其次根据电池工作温度上限和当前时刻的温度确定电池允许最大温升;再根据电池等效电路模型和电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。
[0068] 例如,先获取厂家预先设置好的电池工作温度上限Tmax;再根据得到的电池工作温度上限Tmax和待测电池的当前时刻的温度确定电池允许最大温升ΔTmax;根据预置的电池等效电路模型和得到的电池允许最大温升ΔTmax建立电池热模型,并得到第一等效公式,即公式(1): 其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;设峰值功率持续时间Tc内环境温度保持不变,同时考虑到从初始时刻到Tc时间内,电池温度从T0增加到Tmax,在这段时间内阻会随温度发生变化,不可视为定值。可推导得在最大温升ΔTmax限制条件下的峰值电流公式,即公式(2),如下所示:
[0069] 为峰值电流,R0(Ti)、R1(Ti)分别为第i采样时刻,温度Ti时的欧姆内阻和极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升; 的解可以由最优化算法计算得出,但为实现嵌入式运算,减少运算复杂度,我们认为在T0增加到Tmax内,温度呈线性变化,则等式可简化得到第一计算公式,即公式(3):
[0070]
[0071] R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻;根据第一计算公式得到第一持续峰值电流。
[0072] 303、根据端电压的下限值和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流。
[0073] 电池峰值功率的估计装置根据端电压的下限值和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流。
[0074] 具体的,获取端电压约束条件,端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,第一时间尺度和第二时间尺度用于控制采样时长,第一时间尺度大于第二时间尺度;根据预置的电池等效电路模型和端电压约束条件确定第二计算公式,并得到一段时间间隔内的第一预估电流;根据预置的电池热模型和端电压约束条件确定第三计算公式,并得到一段时间间隔内的第二预估电流;确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;若第一差值小于第一阈值,则确定第二预估电流为第二持续峰值电流。
[0075] 需要说明的是,在放电场景中,可以只获取端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,而在回馈充电场景中,可以只获取端电压的上限值、第一时间尺度和第二时间尺度,也可以同时获取端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,具体此处不做限定。本实施例中,仅以获取端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度为例进行说明。
[0076] 举例说明,先获取端电压约束条件,端电压约束条件包括端电压的下限值Ut,min、第一时间尺度ΔTL和第二时间尺度ΔTS,其中,ΔTL>ΔTS;根据预置的电池等效电路模型得到,任意时刻电池电流计算公式,即公式(4):
[0077] 其中,UD,k为电池极化电压,Ut,k+1为电池端电压,OCV(zk)为电池开路电压,zk为电池荷电状态,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数;考虑到端电压的约束条件,放电时电池端电压要大于电压下限,Ut,k+1>Ut,min,将上述任意时刻电池电流计算公式转化为持续时间Tc内峰值电流估计公式,即公式(5),如下所示:
[0078] 其中,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数;公式(5)含有高次幂运算,在实际嵌入式处理中难以运行,故进行简化。由于极化电压时间常数较大,在峰值电流持续时间内变化不大且该部分含L-1次幂运算,运算复杂度较大,故选取长时间尺度(第一时间尺度)ΔTL为其采样时间。开路电压倒数变化相对较大,对电压影响大,故选取短时间尺度(第二时间尺度)ΔTS为其采样时间,将以上采样时间更新公式(5),得到第二计算公式,即公式(6):
[0079]其中,
Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, Tc为预置的时间间隔;根据第二计算公式计算得到第一预估电流;以电流为输入,根据预置的电池热模型得到,最大温度的计算公式,即公式(7):
[0080] 其中,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,h为电池换热系数,A为换热面积,T0为电池当前温度,Tamb为环境温度,m为电池质量,c为电池比热容;设在持续时间Tc内电池温度线性变化,取这段时间内平均温度 根据预置的电池参数表得到考
虑温度变化后的电池欧姆内阻R0(Tavg)与极化内阻R1(Tavg),将这些参数作为模型参数,得到第三计算公式,即公式(8):
[0081]其中,
Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, Tc为预置的时间间
隔;根据第三计算公式计算得到第二预估电流;确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;若第一差值小于第一阈值,则确定第二预估电流为第二持续峰值电流;若第一差值大于或等于第一阈值,则重新计算第二计算公式(公式(6))和第三计算公式(公式(8)),直至第二计算公式(公式(6))的结果和第三计算公式(公式(8))的结果的差值小于第一阈值。
[0082] 304、根据荷电状态的下限值和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流。
[0083] 电池峰值功率的估计装置根据荷电状态的下限值和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流。
[0084] 具体的,获取电池荷电状态约束条件,电池荷电状态约束条件包括荷电状态的下限值;根据电池荷电状态约束条件、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。
[0085] 举例说明,先获取电池荷电状态约束条件,电池荷电状态约束条件包括荷电状态的下限值SOCmin;根据荷电状态的下限值SOCmin、当前时刻的荷电状态SOC和预置的安时积分方程确定第四计算公式,即公式(9):
[0086]
[0087] 其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间,预置的安时几分方程为现有技术,此处不再赘述;根据第四计算公式得到第三持续峰值电流
[0088] 需要说明的是,步骤302至步骤304之间没有特定的先后顺序,可以同时执行,也可以按照步骤302、步骤303、步骤304的顺序依次执行,也可以按照步骤303、步骤302、步骤304的顺序依次执行,还可以先执行其中的一个步骤或两个步骤,具体此处不做限定。
[0089] 305、根据第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流。
[0090] 电池峰值功率的估计装置根据第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流。
[0091] 具体的,依次比较第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流之间的大小,从中选择一个最小的电流作为输出的最小持续峰值电流。
[0092] 306、根据最小持续峰值电流确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压。
[0093] 电池峰值功率的估计装置根据确定的最小持续峰值电流计算出待测电池在一段时间间隔内的峰值电压。
[0094] 需要说明的是,在电路持续恒定的情况下,峰值电压会发生变化,当处于放电场景时,在一段时间间隔内取电压的最小值作为峰值电压,当处于回馈充电场景时,在一段时间间隔内取电压的最大值作为峰值电压。
[0095] 307、根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。
[0096] 电池峰值功率的估计装置根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。将最小持续峰值电流和峰值电压相乘,得到峰值功率。
[0097] 本申请实施例中,在考虑荷电状态约束条件和端电压约束条件的同时,考虑电池工作温度约束条件对峰值电流的影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象。提高了电池的安全性能。同时,对端电压约束条件下的峰值电流预估方法进行了改进,针对模型中不同的时间常数采用不同大小的时间尺度进行预测,减小了计算复杂度,避免了估计结果的波动,提高了计算得到的持续峰值电流的准确性。
[0098] 上面对电池的放电场景进行了描述,下面对电池的回馈充电场景进行描述,为便于理解,下面对本申请实施例中放电场景的具体流程进行描述,请参阅图4,本申请实施例中电池峰值功率的估计方法的另一个实施例包括:
[0099] 401、获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度。
[0100] 402、根据电池工作温度约束条件和当前时刻的温度确定待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流。
[0101] 步骤401至步骤402与步骤301至步骤302类似,具体此处不再赘述。
[0102] 403、根据端电压的上限值和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流。
[0103] 电池峰值功率的估计装置根据端电压的上限值和当前时刻的电压确定待测电池在一段时间间隔内的第二持续峰值电流。
[0104] 具体的,获取端电压约束条件,端电压约束条件包括端电压的上限值、第一时间尺度和第二时间尺度,第一时间尺度和第二时间尺度用于控制采样时长,第一时间尺度大于第二时间尺度;根据预置的电池等效电路模型和端电压约束条件确定第二计算公式,并得到一段时间间隔内的第一预估电流;根据预置的电池热模型和端电压约束条件确定第三计算公式,并得到一段时间间隔内的第二预估电流;确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;若第一差值小于第一阈值,则确定第二预估电流为第二持续峰值电流。
[0105] 需要说明的是,在回馈充电场景中,可以只获取端电压的上限值、第一时间尺度和第二时间尺度,也可以同时获取端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,具体此处不做限定。本实施例,仅以获取端电压的上限值、第一时间尺度和第二时间尺度为例进行说明。
[0106] 举例说明,先获取端电压约束条件,端电压约束条件包括端电压的上限值Ut,max、第一时间尺度ΔTL和第二时间尺度ΔTS,其中,ΔTL>ΔTS;根据预置的电池等效电路模型得到,任意时刻电池电流计算公式,即公式(10):
[0107] 其中,UD,k为电池极化电压,Ut,k+1为电池端电压,OCV(zk)为电池开路电压,zk为电池荷电状态,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数;考虑到端电压的约束条件,充电时电池端电压要小于电压上限,Ut,k+1
[0108] 其中,Ut,max为端电压的上限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数;公式(11)含有高次幂运算,在实际嵌入式处理中难以运行,故进行简化。由于极化电压时间常数较大,在峰值电流持续时间内变化不大且该部分含L-1次幂运算,运算复杂度较大,故选取长时间尺度(第一时间尺度)ΔTL为其采样时间。开路电压倒数变化相对较大,对电压影响大,故选取短时间尺度(第二时间尺度)ΔTS为其采样时间,将以上采样时间更新公式(11),得到第二计算公式,本实施例为公式(12):
[0109] 其中,Ut,max为端电压的上限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, Tc为预置的时间间隔;根据第二计算公式计算得到第一预估电流;以电流为输入,根据预置的电池热模型得到,最大温度的计算公式,即公式(7):
[0110] 其中,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,h为电池换热系数,A为换热面积,T0为电池当前温度,Tamb为环境温度,m为电池质量,c为电池比热容;设在持续时间Tc内电池温度线性变化,取这段时间内平均温度 根据预置的电池参数表得到考
虑温度变化后的电池欧姆内阻R0(Tavg)与极化内阻R1(Tavg),将这些参数作为模型参数,得到第三计算公式,本实施例为公式(13):
[0111]其中,Ut,max为端电压的上限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数, Tc为预置的时间
间隔;根据第三计算公式计算得到第二预估电流;确定第一预估电流和第二预估电流的第一差值;若第一差值小于第一阈值,则确定第二预估电流为第二持续峰值电流;若第一差值大于或等于第一阈值,则重新计算第二计算公式(公式(12))和第三计算公式(公式(13)),直至第二计算公式(公式(12))的结果和第三计算公式(公式(13))的结果的差值小于第一阈值。
[0112] 404、根据荷电状态的上限值和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流。
[0113] 电池峰值功率的估计装置根据荷电状态的上限值和当前时刻的荷电状态确定待测电池在一段时间间隔内的第三持续峰值电流。
[0114] 具体的,获取电池荷电状态约束条件,电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值;根据电池荷电状态约束条件、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。
[0115] 举例说明,先获取电池荷电状态约束条件,电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值SOCmax;根据荷电状态的上限值SOCmax、当前时刻的荷电状态SOC和预置的安时积分方程确定第四计算公式,本实施例为公式(14):
[0116]
[0117] 其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的转化系数,SOCmax为荷电状态的上限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间,预置的安时几分方程为现有技术,此处不再赘述;根据第四计算公式得到第三持续峰值电流
[0118] 需要说明的是,步骤402至步骤404之间没有特定的先后顺序,可以同时执行,也可以按照步骤402、步骤403、步骤404的顺序依次执行,也可以按照步骤403、步骤402、步骤404的顺序依次执行,还可以先执行其中的一个步骤或两个步骤,具体此处不做限定。
[0119] 405、根据第一持续峰值电流、第二持续峰值电流和第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流。
[0120] 406、根据最小持续峰值电流确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压。
[0121] 407、根据最小持续峰值电流和峰值电压确定待测电池在一段时间间隔内的峰值功率。
[0122] 步骤405至步骤407与步骤305至步骤307类似,具体此处不再赘述。
[0123] 本申请实施例中,在考虑荷电状态约束条件和端电压约束条件的同时,考虑电池工作温度约束条件对峰值电流的影响,避免峰值电流估计过大,产生电池过温现象。提高了电池的安全性能。同时,对端电压约束条件下的峰值电流预估方法进行了改进,针对模型中不同的时间常数采用不同大小的时间尺度进行预测,减小了计算复杂度,避免了估计结果的波动,提高了计算得到的持续峰值电流的准确性。
[0124] 上面对本申请实施例中电池峰值功率的估计方法进行了描述,下面对本申请实施例中电电池峰值功率的估计装置进行描述,请参阅图5,本申请实施例中电池峰值功率的估计装置500的一个实施例包括:
[0125] 获取单元501,用于获取待测电池的当前时刻的电压、当前时刻的电流、当前时刻的荷电状态和当前时刻的温度;
[0126] 第一确定单元502,用于根据电池工作温度约束条件和所述当前时刻的温度确定所述待测电池在一段时间间隔内的第一持续峰值电流;
[0127] 第二确定单元503,用于根据端电压约束条件和所述当前时刻的电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第二持续峰值电流;
[0128] 第三确定单元504,用于根据电池荷电状态约束条件和所述当前时刻的荷电状态确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的第三持续峰值电流;
[0129] 第四确定单元505,用于根据所述第一持续峰值电流、所述第二持续峰值电流和所述第三持续峰值电流确定最小持续峰值电流;
[0130] 第五确定单元506,用于根据所述最小持续峰值电流确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值电压;
[0131] 第六确定单元507,用于根据所述最小持续峰值电流和所述峰值电压确定所述待测电池在所述一段时间间隔内的峰值功率。
[0132] 在一种可能的实现方式中,第一确定单元502包括:
[0133] 第一获取模块5021,用于获取电池工作温度上限;
[0134] 第一确定模块5022,用于根据所述电池工作温度上限和所述当前时刻的温度确定电池允许最大温升;
[0135] 第二确定模块5023,用于根据预置的电池等效电路模型和所述电池允许最大温升确定第一计算公式,并得到第一持续峰值电流。
[0136] 在一种可能的实现方式中,第二确定模块5023具体用于:
[0137] 根据预置的电池等效电路模型、所述电池允许最大温升建立电池热模型,并得到第一等效公式:
[0138] 其中,I为等效电流,R0为欧姆内阻,R1为极化内阻,t为时间,Tamb为环境温度,Tcell电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容;
[0139] 根据所述第一等效公式确定第一计算公式:
[0140]
[0141] 其中, 为峰值电流,R0(T0)为温度T0时的欧姆内阻,R1(T0)为温度T0时的极化内阻,R0(Tmax)为温度Tmax时的欧姆内阻、R1(Tmax)为温度Tmax时的极化内阻,n为Tc时刻内总采样数,Δt为单位采样时间,Tamb为环境温度,T0为初始时刻电池温度,h为电池换热系数,A是换热面积,m为电池质量,c为电池比热容,ΔTmax为电池允许最大温升,Tmax为电池工作温度上限;
[0142] 根据所述第一计算公式得到第一持续峰值电流。
[0143] 在一种可能的实现方式中,第二确定单元503包括:
[0144] 第二获取模块5031,用于获取端电压约束条件,所述端电压约束条件包括端电压的上限值、端电压的下限值、第一时间尺度和第二时间尺度,所述第一时间尺度和所述第二时间尺度用于控制采样时长,所述第一时间尺度大于所述第二时间尺度;
[0145] 第三确定模块5032,用于根据预置的电池等效电路模型和所述端电压约束条件确定第二计算公式,并得到第一预估电流;
[0146] 第四确定模块5033,用于根据预置的电池热模型和所述端电压约束条件确定第三计算公式,并得到第二预估电流;
[0147] 第五确定模块5034,用于确定所述第一预估电流和所述第二预估电流的第一差值;
[0148] 第六确定模块5035,若所述第一差值小于第一阈值,则用于确定所述第二预估电流为所述第二持续峰值电流。
[0149] 在一种可能的实现方式中,第三确定模块5032具体用于:
[0150] 根据所述预置的电池等效电路模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第二计算公式:
[0151]
[0152] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,R1为极化内阻,R0为欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数,
[0153] 根据所述第二计算公式得到第一预估电流。
[0154] 在一种可能的实现方式中,第四确定模块5033具体用于:
[0155] 根据所述预置的电池热模型、所述端电压的下限值、所述第一时间尺度和所述第二时间尺度确定第三计算公式:
[0156]
[0157] 其中,Tc为预置的时间间隔,Ut,min为端电压的下限值,OCV(z0)为电池开路电压,z0为电池荷电状态,UD,k为电池极化电压,j为每个采样时刻,Δt为单位采样时长,ηi为电池充放电效率,C1为电池容量,C1的容量单位为安秒As,T0为电池当前温度,Tmax为电池持续时间Tc后的最大温度,Tavg为持续时间内的平均温度, R1(Tavg)为温度变化后的极化内阻,R0(Tavg)为温度变化后的欧姆内阻,τ为时间常数,ΔTL为第一时间尺度,ΔTS为第二时间尺度, 为峰值电流,Ll为第一时间尺度采样数, Ls为第二时间尺度采样数,
[0158] 根据所述第三计算公式得到第二预估电流。
[0159] 在一种可能的实现方式中,第二确定单元503还包括:
[0160] 所述第三确定模块5032,若所述差值大于或等于所述第一阈值,则用于确定新的第一预估电流;
[0161] 所述第四确定模块5033,用于确定新的第二预估电流;
[0162] 所述第五确定模块5034,用于确定所述新的第二预估电流和所述新的第三预估电流的第二差值;
[0163] 所述第六确定模块5035,若所述第二差值小于所述第一阈值,则用于确定所述新的第二预估电流为所述第二持续峰值电流;
[0164] 计算模块5036,若所述第二差值大于或等于所述第一阈值,则用于重新计算所述第二计算公式和所述第三计算公式,直至所述第二计算公式的结果和所述第三计算公式的结果的差值小于所述第一阈值。
[0165] 在一种可能的实现方式中,第三确定单元504包括:
[0166] 第三获取模块5041,用于获取电池荷电状态约束条件,所述电池荷电状态约束条件包括荷电状态的上限值、荷电状态的下限值;
[0167] 第七确定模块5042,用于根据所述电池荷电状态约束条件、所述当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程得到第三持续峰值电流。
[0168] 在一种可能的实现方式中,第七确定模块5042具体用于:
[0169] 根据荷电状态的下限值、当前时刻的荷电状态和预置的安时积分方程确定第四计算公式:
[0170]
[0171] 其中, 为峰值电流,Ccap为电池容量,Ccap的容量单位为安时Ah,3600为小时转化为秒的单位转化系数,SOCmin为荷电状态的下限值,SOC为当前时刻的荷电状态,Tc为峰值功率持续时间;
[0172] 根据所述第四计算公式得到第三持续峰值电流。
[0173] 上面图5从功能化模块的度分别对本申请实施例中电池峰值功率的估计装置进行了详细描述,下面从硬件处理的角度对本申请实施例中电池峰值功率的估计装置进行详细描述,请参阅图6,本申请实施例中电池峰值功率的估计装置的另一个实施例包括:
[0174] 图6是本申请实施例提供的一种电池峰值功率的估计装置的结构示意图,该电池峰值功率的估计装置600可因配置或性能不同而产生比较大的差异,可以包括一个或一个以上处理器(central processing units,CPU)601(例如,一个或一个以上处理器)和存储器609,一个或一个以上存储应用程序607或数据606的存储介质608(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中,存储器609和存储介质608可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质608的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出),每个模块可以包括对电池峰值功率的估计装置中的一系列指令操作。更进一步地,处理器601可以设置为与存储介质608通信,在电池峰值功率的估计装置600上执行存储介质608中的一系列指令操作。
[0175] 电池峰值功率的估计装置600还可以包括一个或一个以上电源602,一个或一个以上有线或无线网络接口603,一个或一个以上输入输出接口604,和/或,一个或一个以上操作系统605,例如Windows Serve,Mac OS X,Unix,Linux,FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解,图6中示出的电池峰值功率的估计装置结构并不构成对电池峰值功率的估计装置的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
[0176] 下面结合图6对电池峰值功率的估计装置的各个构成部件进行具体的介绍:
[0177] 处理器601是电池峰值功率的估计装置的控制中心,可以按照设置的电池峰值功率的估计方法进行处理。处理器601利用各种接口和线路连接整个电池峰值功率的估计装置的各个部分,通过运行或执行存储在存储器609内的软件程序和/或模块,以及调用存储在存储器609内的数据,执行电池峰值功率的估计装置的各种功能和处理数据,从而电池峰值功率的估计。
[0178] 存储器609可用于存储软件程序以及模块,处理器601通过运行存储在存储器609的软件程序以及模块,从而执行电池峰值功率的估计装置600的各种功能应用以及数据处理。存储器609可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如获取待测电池的当前时刻的电压等)等;存储数据区可存储电池峰值功率的估计装置的使用所创建的数据(比如确定待测电池在一段时间间隔内的峰值电压等)等。此外,存储器609可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。在本申请实施例中提供的电池峰值功率的估计方法的程序和接收到的数据流存储在存储器中,当需要使用时,处理器601从存储器609中调用。
[0179] 本申请实施例中涉及的电池峰值功率的估计装置可以为电池管理系统(battery management system,BMS)700,如图7所示,BMS包括状态估计模块、热管理模块、充放电管理模块、信息记录模块、电池均衡模块、数据采集模块和通信模块,其中,BMS与动力电池组、充放电设备/整车控制器电连接,电池峰值功率的估计方法以核心算法的形式嵌入到BMS的状态估计模块中。本申请所需的数据均为BMS的现有采集数据,硬件模块也为电动汽车现有模块,无需增加任何额外的设备。
[0180] 本申请还提供了一种终端,该终端中包括电池和电池峰值功率的估计装置;
[0181] 电池峰值功率的估计装置为如上述实施例中任一所述的电池峰值功率的估计装置,电池峰值功率的估计装置的结构参照上述实施例,具体此处不再赘述。
[0182] 本申请还提供了一种电池,该电池包括上述实施例中任一所述的电池峰值功率的估计装置,电池峰值功率的估计装置的结构参照上述实施例,具体此处不再赘述。
[0183] 所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line,DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk,SSD))等。
[0184] 所述集成的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,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory,ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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