CN104198795A - 车辆的动力系统开路电压检测方法、动力系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种车辆的动力系统开路电压检测方法，包括以下步骤：在车辆正常行驶时，采集放电模块两端的第一电压和分流器的第一电流，其中，在车辆正常行驶时，放电模块不工作；在采集到第一电压和第一电流之后，通过放电模块对动力系统放电而使分流器的当前电流保持恒定且与第一电流满足预定比例关系；当放电模块对动力系统放电达到预设时间后，采集放电模块两端的第二电压和分流器的第二电流；根据第一电压、第一电流、第二电压和第二电流得到动力系统的开路电压。根据本发明实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法得到的开路电压具有准确可靠的优点。本发明还提出了一种车辆的动力系统及车辆。

Description

车辆的动力系统开路电压检测方法、动力系统及车辆

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆的动力系统开路电压检测方法、动力系统及车辆。

背景技术

动力电池由于其自身为复杂的电化学体系，内部的化学反应和过程非常繁杂，加之影响其荷电状态SOC的因素很多，因此，如何准确估算荷电状态SOC一直是制约动力电池在实际应用中的瓶颈。目前，关于荷电状态SOC的估算方法通常是根据动力电池的外部特性，诸如电压、电流、温度、充放电倍率、电池寿命等参数推断得到的。相关技术中，SOC估算方法的典型代表方法有放电实验法、Ah计量法、开路电压法等，而现阶段通常采用开路电压法得到开路电压，从而根据开路电压估计并纠正SOC。

开路电压法的缺点为需要动力电池达到相对稳态这一条件，而由于动力电池需要长时间静置才能达到稳定状态，通常需要几个小时甚至十几个小时，因此，给SOC的估计带来不便。另外，由于动力电池静置需要诸如电动汽车处于停车状态，这对于行驶中的电动汽车，很难使用开路电压法。此外，相关技术中对于开路电压的计算，通常需要借助动力电池的内阻及SOC等预置数据，而由于内阻及SOC的不确定性，造成开路电压的估计并不准确。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种车辆的动力系统开路电压检测方法。该方法具有开路电压检测准确且检测效率高的优点。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆的动力系统。

本发明的再一个目的在于提出一种车辆。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种车辆的动力系统开路电压检测方法，所述动力系统包括：放电模块、动力电池、分别与所述动力电池的正/负极相连的正/负极接触器、与正极接触器并联的预充模块、位于动力电池的负极和负极接触器之间的分流器，所述放电模块的一端与所述动力电池的正极相连且另一端与所述分流器和负极接触器之间的节点相连，所述方法包括以下步骤：在车辆正常行驶时，采集所述放电模块两端的第一电压和所述分流器的第一电流，其中，在车辆在正常行驶时，所述放电模块不工作；在采集到所述第一电压和所述第一电流之后，通过所述放电模块对所述动力系统放电而使所述分流器的当前电流保持恒定且与所述第一电流满足预定比例关系；当所述放电模块对所述动力系统放电达到预设时间后，采集所述放电模块两端的第二电压和所述分流器的第二电流；以及根据所述第一电压、第一电流、第二电压和所述第二电流得到所述动力系统的开路电压。

根据本发明实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法，只需要利用车辆正常行驶时采集得到的放电模块两端的第一电压和分流器的第一电流、以及通过放电模块使动力电池进行一次额外放电时采集得到的放电模块两端的第二电压和分流器的第而电流，便可快速计算得到开路电压，在计算开路电压时不需要使用并不是恒定不变的SOC、动力电池的内阻等预置数据参与开路电压的计算，从而有效避免了利用SOC、内阻R等预置数据对计算开路电压的影响，因此，使得开路电压的计算更加精确可靠。另外，该方法可在车辆行驶过程中在线计算开路电压，无需车辆熄火等，因此，该方法具有更高的灵活性和通用性。

另外，根据本发明上述实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述动力系统的开路电压通过如下公式得到，所述公式为：U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)，其中，所述U_(OCV)为所述动力系统的开路电压，所述U₁为所述第一电压，所述U₂为所述第二电压，所述I₁为所述第一电流，所述I₂为所述第二电流。

在一些示例中，所述当前电流与所述第一电流之间的比值位于[1.5，2]之间。

在一些示例中，所述放电模块包括串联的放电接触器和放电电阻。

在一些示例中，还包括：根据所述动力系统的开路电压对所述动力电池的荷电状态SOC进行修正。

本发明第二方面的实施例公开了一种车辆的动力系统，包括：动力电池；分别与所述动力电池的正/负极相连的正/负极接触器；预充模块，所述预充模块与正极接触器并联；分流器，所述分流器位于所述动力电池的负极和负极接触器之间；放电模块，所述放电模块的一端与所述动力电池的正极相连且另一端与所述分流器和负极接触器之间的节点相连；以及控制器，所述控制器用于在车辆正常行驶时，获取所述放电模块两端的第一电压和所述分流器的第一电流，其中，在车辆在正常行驶时，所述放电模块不工作，并在获取到所述第一电压和所述第一电流之后，控制所述放电模块对所述动力系统放电而使所述分流器的当前电流保持恒定且与所述第一电流满足预定比例关系，以及当控制所述放电模块对所述动力系统放电达到预设时间后，获取所述放电模块两端的第二电压和所述分流器的第二电流，并根据所述第一电压、第一电流、第二电压和所述第二电流得到所述动力系统的开路电压。

根据本发明实施例的车辆的动力系统，只需要利用车辆正常行驶时采集得到的放电模块两端的第一电压和分流器的第一电流、以及通过放电模块使动力电池进行一次额外放电时采集得到的放电模块两端的第二电压和分流器的第而电流，便可计算得到开路电压，在计算开路电压时不需要使用并不是恒定不变的SOC、动力电池的内阻等预置数据参与开路电压的计算，从而有效避免了利用SOC、内阻R等预置数据对计算开路电压的影响，因此，使得开路电压的计算更加精确可靠。另外，该动力系统结构简单。

另外，根据本发明上述实施例的车辆的动力系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述控制器通过如下公式计算所述动力系统的开路电压，所述公式为：U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)，其中，所述U_(OCV)为所述动力系统的开路电压，所述U₁为所述第一电压，所述U₂为所述第二电压，所述I₁为所述第一电流，所述I₂为所述第二电流。

在一些示例中，所述当前电流与所述第一电流之间的比值位于[1.5，2]之间。

在一些示例中，所述放电模块包括串联的放电接触器和放电电阻，所述放电接触器由所述控制器控制。

本发明第三方面的实施例公开了一种车辆，包括：如上述实施例所述的车辆的动力系统。该车辆能够准确地计算得到动力系统的开路电压。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法的流程图；

图2A至图2C是应用本发明一个实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法检测的开路电压与实际开路电压之间的对比图；以及

图3是根据本发明一个实施例的车辆的动力系统的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法、车辆的动力系统及车辆。

在描述根据本发明实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法之前，首先对车辆的动力系统进行说明。

如图3所示，根据本发明一个实施例的车辆的动力系统包括：放电模块1、动力电池2、正极接触器3、负极接触器4、预充模块5和分流器6。其中，放电模块1的一端与动力电池2的正极相连且放电模块1的另一端与分流器6和负极接触器4之间的节点相连，正极接触器3与动力电池2的正极相连，负极接触器4与动力电池2的负极相连，预充模块5与正极接触器3并联、分流器6位于动力电池2的负极和负极接触器4之间。

当然，为了保证车辆的动力系统的安全可靠，如图3所示，在分流器6和负极接触器4之间可串联熔断器7，以便利用熔断器7对车辆的动力系统进行保护。

再次结合图3，预充模块5例如包括串联的预充电组51和预充接触器52。放电模块1例如包括串联的放电电阻和用于控制放电模块通断的放电接触器。这样，当放电接触器吸合时，利用放电电阻可对动力电池2进行放电。其中，预充接触器52、正极接触器3、负极接触器4和放电接触器可由一个控制器进行控制或者由多个独立的控制器分别进行控制。

下面结合本发明实施例的车辆的动力系统对本发明实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法进行描述。如图1所示，并结合图3，根据本发明一个实施例的车辆的动力系统开路电压检测方法，包括如下步骤：

步骤S101：在车辆正常行驶时，采集放电模块1两端的第一电压和分流器的第一电流，其中，在车辆在正常行驶时，放电模块不工作。

具体地说，当汽车在正常行驶过程中，动力系统中的放电模块1不工作，此时，可通过诸如电池管理系统BMS持续采集电池的电压(即放电模块1两端的电压)和动力系统的电流(即流过分流器6的电流)，进而进算出动力电池2的荷电状态SOC。

当需要对荷电状态SOC进行纠正(即修正)时，一种方法是利用动力系统的开路电压对SOC进行修正。也就是说，只要检测出动力系统的开路电压便能够对SOC进行修正。为了检测动力系统的开路电压，本发明实施例的方法首先可在汽车在正常行驶过程中，首先采集放电模块1两端的电压，记为第一电压U₁，并采集流过分流器6的电流，记为第一电流I₁。可以理解的是，U₁和I₁可以简单方便地得到。其中，通常而言，车辆在正常行驶状态下，动力系统的放电电流(即第一电流I₁)约为20-30A。

步骤S102：在采集到第一电压U₁和第一电流I₁之后，通过放电模块1对动力系统放电而使分流器6的当前电流保持恒定且分流器6的当前电流与第一电流I₁满足预定比例关系。

例如：通过电池管理系统BMS控制放电模块1持续放电预定时间，可以做到的是，BMS能够通过控制放电模块1放电而维持流过分流器6的当前电流的电流值为一恒定值，而且，该值大于第一电流I₁。作为一个具体的示例，当前电流与第一电流I₁之间的比值位于[1.5，2]之间。即其值大小为第一电流I₁的1.5-2倍，当然，其比例关系并不限于此，例如还可以为大于2倍的其它比值，然而，并不建议该比例过大，这是由于电流过大容易导致线路烧毁，同时浪费能耗，而如果过小，例如接近于I₁，则可能导致后续的开路电压检测不够精确。因此，出于能耗和开路电压检测结果两方面的考虑，当前电流与第一电流I₁之间的比值位于[1.5，2]之间比较合适。

在上述示例中，控制放电模块1放电持续预设时间，其中，预设时间为但不限于10秒。

步骤S103：当放电模块1对动力系统放电达到预设时间后，采集放电模块1两端的第二电压U₂和分流器6的第二电流I₂。即在放电模块1放电结束时，记录放电模块1两端的第二电压U₂及放电结束时流过分流器6的第二电流I₂。

步骤S104：根据第一电压U₁、第一电流I₁、第二电压U₂和第二电流I₂得到动力系统的开路电压。为了便于描述，开路电压记为U_(OCV)。

具体而言，依据欧姆定律U＝I*R可推出：

U_(OCV)＝U₁+I₁*R    (1)

U_(OCV)＝U₂+I₂*R    (2)

其中，R为动力电池2的内阻。根据公式1和公式2可以得到：

U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)    (3)

从而，利用公式3便可计算得到动力系统的开路电压U_(OCV)。

根据本发明实施例的方法，只需要利用车辆正常行驶时采集得到的放电模块两端的第一电压和分流器的第一电流、以及通过放电模块1使动力电池2进行一次额外放电时采集得到的放电模块两端的第二电压和分流器的第而电流，便可快速地计算得到开路电压，由公式3可知，不需要使用并不是恒定不变的SOC、内阻R等预置数据参与开路电压的计算，从而有效避免了利用SOC、内阻R等预置数据对计算开路电压的影响，因此，使得开路电压的计算更加精确可靠。另外，该方法可在车辆行驶过程中在线计算开路电压，无需车辆熄火等，因此，具有更高的灵活性和通用性。

为了更好地体现通过本发明实施例的方法得到的开路电压更加准确。以下以具体试验数据进行说明。

如图2A至图2C所示，在试验室中得到真实的SOC-OCV曲线，测试方法为：

(1)首先对动力电池进行3-5次充电循环，保持动力电池性能处于稳定状态，得到每次的放电容量，当两次容量相差不大于3％时认为动力电池已稳定，计算平均容量，记为C0。

(2)将动力电池采用1C恒流充电至截止电压U，再以U恒压充电至截止电流0.1C。

(3)采用1C0对动力电池放电6分钟，然后静置1小时，待动力电池完全稳定后，测量其开路电压U_(OCV)90％，同理依次测量到U_(OCV)80％-U_(OCV)10％，绘制出OCV-SOC曲线。

在不同的电流下进行OCV-SOC曲线的计算，测试方法为：

(1)采用不同放电倍率对动力电池进行放电，由于动力电池本身存在内阻，其放电容量会随着放电电流的增加依次降低。

(2)记录放电过程，依据每次放电的真实容量，计算在每次放电过程中SOC在90％-10％时所对应的OCV点，制作出图表。同理计算出1C持续放电的SOC所对应的OCV点，代入上述公式3得到每个SOC下的U_(OCV)值。将计算值与真实值进行对比，其结果如图2A至2C所示。

由图2A至2C可以明显地看出，计算得到的OCV与实际OCV误差小于0.5％。SOC在10％至90％的放电区间内。

如图2A所示，采用1C&10C放电时，最大误差0.38％，平均误差0.21％；

如图2B所示，采用1C&5C放电时，最大误差计算值0.56％，平均误差0.26％；

如图2C所示，采用1C&2C放电时，最大误差计算值-0.26％，平均误差0.01％。

另外，当采用1C&1.5C放电时，最大误差计算值0.13％，平均误差0.06％。

由计算数据可以得知，通过该方法得到的OCV与实际OCV误差很小，误差率可以维持在0.5％以下。因此，该方法具有开路电压计算准确的优点。

在得到开路电压之后，该方法可根据动力系统的开路电压对动力电池的荷电状态SOC进行修正。从而保证修正后的SOC更为准确。

如图3所示，本发明的进一步实施例公开了一种车辆的动力系统，包括：放电模块1、动力电池2、正极接触器3、负极接触器4、预充模块5、分流器6和控制器(图3中没有示出)。

其中，放电模块1的一端与动力电池2的正极相连且放电模块1的另一端与分流器6和负极接触器4之间的节点相连，正极接触器3与动力电池2的正极相连，负极接触器4与动力电池2的负极相连，预充模块5与正极接触器3并联、分流器6位于动力电池2的负极和负极接触器4之间。

当然，为了保证车辆的动力系统的安全可靠，如图3所示，在分流器6和负极接触器4之间可串联熔断器7，以便利用熔断器7对车辆的动力系统进行保护。

再次结合图3，预充模块5例如包括串联的预充电组51和预充接触器52。放电模块1例如包括串联的放电电阻和用于控制放电模块通断的放电接触器。这样，当放电接触器吸合时，利用放电电阻可对动力电池2进行放电。其中，预充接触器52、正极接触器3、负极接触器4和由控制器控制。控制器例如为电池管理系统BMS。

控制器用于在车辆正常行驶时，获取放电模块1两端的第一电压U₁和分流器的第一电流I₁，其中，在车辆在正常行驶时，放电模块1不工作，并在获取到第一电压U₁和第一电流I₁之后，控制放电模块1对动力系统放电而使分流器6的当前电流保持恒定且与第一电流I₁满足预定比例关系，其中，当前电流与第一电流I₁之间的比值位于[1.5，2]之间，以及在控制放电模块1对动力系统放电达到预设时间后，获取放电模块1两端的第二电压U₂和分流器6的第二电流I₂，并根据第一电压U₁、第一电流I₁、第二电压U₂和第二电流I₁得到动力系统的开路电压。

作为一个具体的示例，控制器可通过如下公式计算所述动力系统的开路电压，公式为：U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)，其中，U_(OCV)为动力系统的开路电压。

根据本发明实施例的车辆的动力系统，只需要利用车辆正常行驶时采集得到的放电模块两端的第一电压和分流器的第一电流、以及通过放电模块1使动力电池2进行一次额外放电时采集得到的放电模块两端的第二电压和分流器的第而电流，便可快速地计算得到开路电压，并且不需要使用并不是恒定不变的SOC、内阻R等预置数据参与开路电压的计算，从而有效避免了利用SOC、内阻R等预置数据对计算开路电压的影响，因此，使得开路电压的计算更加精确可靠。另外，该车辆的动力系统可在车辆行驶过程中在线计算开路电压，无需车辆熄火等，因此，具有更高的灵活性和通用性。此外，该车辆的动力系统具有结构简单、便于实施的优点。

需要说明的是，本发明实施例的车辆的动力系统的具体实现与方法部分类似，为了减少冗余，不做赘述。

本发明的进一步的实施例公开了一种车辆，包括：如上述任意一个实施例所述的车辆的动力系统。该车辆可以准确地计算得到动力系统的开路电压。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种车辆的动力系统开路电压检测方法，其特征在于，所述动力系统包括：放电模块、动力电池、分别与所述动力电池的正/负极相连的正/负极接触器、与正极接触器并联的预充模块、位于动力电池的负极和负极接触器之间的分流器，所述放电模块的一端与所述动力电池的正极相连且另一端与所述分流器和负极接触器之间的节点相连，所述方法包括以下步骤：

在车辆正常行驶时，采集所述放电模块两端的第一电压和所述分流器的第一电流，其中，在车辆在正常行驶时，所述放电模块不工作；

在采集到所述第一电压和所述第一电流之后，通过所述放电模块对所述动力系统放电而使所述分流器的当前电流保持恒定且与所述第一电流满足预定比例关系；

当所述放电模块对所述动力系统放电达到预设时间后，采集所述放电模块两端的第二电压和所述分流器的第二电流；以及

根据所述第一电压、第一电流、第二电压和所述第二电流得到所述动力系统的开路电压。

2.根据权利要求1所述的动力系统的开路电压检测方法，其特征在于，所述动力系统的开路电压通过如下公式得到，所述公式为：

U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)，

其中，所述U_(OCV)为所述动力系统的开路电压，所述U₁为所述第一电压，所述U₂为所述第二电压，所述I₁为所述第一电流，所述I₂为所述第二电流。

3.根据权利要求1所述的动力系统的开路电压检测方法，其特征在于，所述当前电流与所述第一电流之间的比值位于[1.5，2]之间。

4.根据权利要求1所述的动力系统的开路电压检测方法，其特征在于，所述放电模块包括串联的放电接触器和放电电阻。

5.根据权利要求1-4任一项所述的动力系统的开路电压检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述动力系统的开路电压对所述动力电池的荷电状态SOC进行修正。

6.一种车辆的动力系统，其特征在于，包括：

动力电池；

分别与所述动力电池的正/负极相连的正/负极接触器；

预充模块，所述预充模块与正极接触器并联；

分流器，所述分流器位于所述动力电池的负极和负极接触器之间；

放电模块，所述放电模块的一端与所述动力电池的正极相连且另一端与所述分流器和负极接触器之间的节点相连；以及

控制器，所述控制器用于在车辆正常行驶时，获取所述放电模块两端的第一电压和所述分流器的第一电流，其中，在车辆在正常行驶时，所述放电模块不工作，并在获取到所述第一电压和所述第一电流之后，控制所述放电模块对所述动力系统放电而使所述分流器的当前电流保持恒定且与所述第一电流满足预定比例关系，以及当控制所述放电模块对所述动力系统放电达到预设时间后，获取所述放电模块两端的第二电压和所述分流器的第二电流，并根据所述第一电压、第一电流、第二电压和所述第二电流得到所述动力系统的开路电压。

7.根据权利要求6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述控制器通过如下公式计算所述动力系统的开路电压，所述公式为：

U_(OCV)＝(U₁*I₂-U₂*I₁)/(I₂-I₁)，

其中，所述U_(OCV)为所述动力系统的开路电压，所述U₁为所述第一电压，所述U₂为所述第二电压，所述I₁为所述第一电流，所述I₂为所述第二电流。

8.根据权利要求6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述当前电流与所述第一电流之间的比值位于[1.5，2]之间。

9.根据权利要求6-8任一项所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述放电模块包括串联的放电接触器和放电电阻，所述放电接触器由所述控制器控制。

10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求6-9任一项所述车辆的动力系统。