CN105242217A - 一种电源系统电流限制计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源系统电流限制计算方法，步骤包括：计算电池内阻，根据上述得到的各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻，计算在当前温度、荷电状态下，持续设定时间的最大放电/充电电流Imax＝(Ue-U)/(r+R)，其中Ue为当前电压，U为放电下限保护电压或充电上限保护电压，R为连接电阻。本发明能够结合试验获取的内阻数据，时刻估算电源系统当前所允许的充放电电流限值。能够满足整车需求，又避免使用中的过充与过放电。

Description

一种电源系统电流限制计算方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池应用领域，一种电源系统功率限制计算方法。

背景技术

新能源车在当今汽车领域是个耀眼的明星话题，整车厂注入了大量人力物力进行相关的开发，一些新能源类型车的上市受到的重视和喝彩，更预示着这个庞大新活力生命在汽车行业中的崛起。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，也是推动汽车产业可持续发展的紧迫任务。最近国家部委针对新能源汽车新的补贴与优惠政策已经出台，整车厂与电池厂纷纷调整各自发展战略，研发设计新的车型，以实现最大限度的补贴金额，满足市场需要。

电池及其管理系统是新能源汽车的关键核心零部件之一。动力电池作为新能源汽车的动力源，如何估算电源系统当前的充放电能力，保证电源系统处于整车用电需求的最佳状态，同时，避免电池的过充与过放，延长电池寿命，无疑是电池管理系统非常重要的功能。电源系统在任一时刻的充放电能力是不同的，若是整车负载依据自身需求，对电源系统尽可能大的功率请求，很可能会导致电池的过充、过放，大大缩短电池的寿命，增加电池成本，严重时，甚至导致电源系统漏液、着火等重大安全问题的发生。因此对电源系统科学有效的管理是及其必要的。

因此，现在亟需一种方法，能够相当精确的估算电源系统当前所允许的充放电电流限值,从而最大程度满足整车动力需求,有效避免电池过充与过放,延长电池寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种电源系统电流限制计算方法，用以解决现有技术在使用中难以兼顾整车需求和电池过充、过放的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种电源系统功率限制计算方法，包括如下步骤：

计算电池内阻：在一定温度、一定荷电状态下，测试设备使电池在设定时间内强制通过恒定直流电流进行放电/充电，计算出当前的电池内阻r＝ΔU/ΔI；其中ΔU为电池放电/充电初期、末期的压差，ΔI为恒流放电/充电电流；记录在放电时各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻，以及充电时各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻；

计算最大放电/充电电流：根据当前的温度和荷电状态，在上述得到的各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻中进行对应选择，计算持续设定时间的最大放电/充电电流Imax＝(Ue-U)/(r+R)，其中Ue为当前电压，U为放电下限保护电压或充电上限保护电压，R为连接电阻。

进一步的，在电源系统出现故障信息时，则按照计算出电流值的一定比例发给整车；所述比例根据故障信息的严重程度决定，故障信息越严重，比例越小。

进一步的，若是电源系统出现二级故障信息时，则功率限值按照计算出电流值的50％发给整车；若是电源系统出现一级故障信息时，则功率限值依据计算出电流值的0％发给整车。

进一步的，所述故障信息包括过压、高温、低温的故障信息。

进一步的，所述设定时间为10S、15S或20S。

尽管r为电池内阻之和，在不同温度、不同SOC状态下是不同的，本发明能够结合试验获取的内阻数据，时刻估算电源系统当前所允许的充放电电流限值。能够满足整车需求，又避免使用中的过充与过放电。

进而，根据电源系统故障状态，对电流限值进行动态调整，最大程度的满足整车负载需求。这样既可以有效避免电池过充、过放，延长电池寿命，又确保电源系统安全。

附图说明

图1是电源系统放电简化模型示意图；

图2是电源系统充电简化模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明分为两个步骤：计算电池内阻，以及计算最大放电/充电电流。在实际使用时，仅用到第二个步骤：计算最大放电/充电电流。第一个步骤：计算电池内阻是先期完成(当然，形成的内阻数据也可以更新)。

下面对这两个步骤进行详细介绍：

首先介绍第一个步骤：整个电源系统简化模型如图1：动力电源系统为电池串联组成，其中r为电池内阻之和，在不同温度、不同SOC状态下电池内阻不同；R为电源系统内部连接导线电阻，为定值；U为电源系统对外开路电压，任意时刻，可以依据温度与SOC查表求出U值的大小。

计算放电电池内阻依据如下方式：测试设备让电池在短时间内强制通过恒定直流电流进行放电，规定在一定时间后(比如可定义10S、15S、20S等)停止放电，测量此时电池两端的电压，并按如下公式计算出当前的电池内阻。

$r=\frac{\mathrm{\Δ}U}{\mathrm{\Δ}I}$

其中ΔU为电池放电初期与放电末期的压差，ΔI为恒流放电电流。

电池内阻计算与电源系统当前的温度(T)，当前的荷电状态(SOC)以及持续放电时间有关系。定义在不同温度、不同SOC的内阻，定义放电持续时间为10S时的内阻(这里持续放电时间与整车负载要求放电持续时间有关，)如下表格：

在有了用于存储放电时，SOC、温度、对应内阻信息的以上表格后，在计算最大放电电流时，只需要按照下面公式计算即可。第二个步骤为：

定义电源系统在整车上应用时，允许使用的下限电压为Ue，那么此时定义电源系统在一定温度(T)，一定(SOC)，并且持续一定时间的最大放电电流值计算公式为：

Imax(Discharge)＝(U-Ue)/(R+r)

上述公式在不同温度、不同SOC、放电电流持续不同时间，放电电流值是不同的。在电源系统无任何故障信息时，可以采用上述公式计算任意时刻的放电电流值大小。

以上为放电过程，充电过程同理，首先也要建立充电时，SOC、温度、对应内阻信息的表格。

整个电源系统简化模型如图2。同理如放电过程定义：r为电池内阻；R为电源系统内部连接导线电阻；U为电源系统对外开路电压，任意时刻，可以依据温度与SOC查表求出U值的大小。

计算充电电池内阻依据如下方式：测试设备让电池在短时间内通过恒定直流电流进行充电，规定在一定时间后停止充电(比如可定义10S、15S、20S，持续不同时间，计算出内阻是不同的，需要计算持续多长充电时间的内阻，与整车需求最大功率持续时间有关)，测量此时电池两端的电压，并按如下公式计算出当前的电池内阻。

$r=\frac{\mathrm{\Δ}U}{\mathrm{\Δ}I}$

其中ΔU为电池充电初期与充电末期的压差，ΔI为恒流充电电流。

同理充电时不同温度、不同SOC、持续不同时间内阻依据查表实现：

定义电源系统在整车上应用时，允许使用的上限电压为Ue，那么此时定义电源系统在一定温度(T)，一定(SOC)，并且持续一定时间的最大充电电流值计算公司为：

Imax(charge)＝(Ue-U)/(r+R)

上述公式在不同温度、不同SOC、充电电流持续不同时间，充电电流值是不同的。在电源系统无任何故障信息时，可以采用上述公式计算任意时刻的充电电流值大小。

通过以上过程，即可方便、快捷的计算出最大充电电流或者最大放电电流。在电源系统出现故障信息时，则按照计算出电流值的一定比例发给整车；所述比例根据故障信息的严重程度决定，故障信息越严重，比例越小。

比如，将故障分为两级。放电时：若是电源系统有故障信息，则需采用如下方式进行限流处理：在计算出放电电流值后，若是电源系统出现欠压、高温、低温等二级故障信息时，则功率限值按照计算出电流值的50％发给整车；若是电源系统出现欠压、高温、低温等一级故障信息时，则功率限值依据计算出电流值的0％发给整车。

同理，充电时：若是电源系统有故障信息，则需采用如下方式进行限流处理：在计算出放电电流值后，若是电源系统出现过压、高温、低温等二级故障信息时，则功率限值按照计算出电流值的50％发给整车；若是电源系统出现过压、高温、低温等一级故障信息时，则功率限值依据计算出电流值的0％发给整车。

下面给出一个具体实例。

新能源汽车辆，电源系统额定电压等级为560伏，整车在加速时持续时间为10S。既是要求电源系统可以提供持续10S的放电电流。在下坡时，能量回馈的时间为10S，既是电源系统可以承受的最大充电电流值为10S的充电电流。

若计算温度在T＝30℃、SOC＝90％，放电持续时间为10S时，电源系统允许的最大放电电流限值：依据上述条件查表可以求出r＝r7(设置为0.1欧姆)，通过计算得出铜片连接内阻R＝0.2欧姆；通过查表得出电源系统当前的开路电压为U＝586伏，要求整车放电的下限保护电压值为Ue＝520伏，持续时间为10S，则计算当前状态下，电源系统允许放电的最大电流值为：Imax(Discharge)＝(U-Ue)/(R+r)＝(586V-520V)/(0.1Ω+0.2Ω)＝220A

依据上述公式，可以计算出其他SOC、其他温度条件下的电源系统所允许的放电电流值。若是在当前状态下，电源系统出现二级告警信息，那么此时需要对电源系统放电电流值进行限制，降为原来最大值的50％，既是Imax(Discharge)＝110A，若是此时电源系统出现一级严重告警信息，此时需要对电源系统放电电流值进行限制，降为原来最大值的0％，Imax(Discharge)＝0A。

若计算温度在T＝30℃、SOC＝10％，充电持续时间为10S时，电源系统允许的最大充电电流限值：依据上述条件查表可以求出r＝r15(设置为0.2欧姆)，通过计算得出铜片连接内阻R＝0.2欧姆；通过查表得出电源系统当前的开路电压为U＝540伏，要求整车放电的上限保护电压值为Ue＝590伏，持续时间为10S，则计算当前状态下，电源系统允许充电的最大电流值为：Imax(charge)＝(Ue-U)/(R+r)＝(590V-530V)/(0.2Ω+0.2Ω)＝150A

依据上述公式，可以计算出其他SOC、其他温度条件下的电源系统所允许的放电电流值。若是在当前状态下，电源系统出现二级告警信息，那么此时需要对电源系统放电电流值进行限制，降为原来最大值的50％，既是Imax(Discharge)＝110A，若是此时电源系统出现一级严重告警信息，此时需要对电源系统放电电流值进行限制，降为原来最大值的0％，Imax(Discharge)＝0A。

在查表求内阻r时，如果温度、SOC值没有完全相同的，可以近似处理。比如当前28°，可以对照表中30°。

以上给出了本发明的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电源系统电流限制计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算电池内阻：在一定温度、一定荷电状态下，测试设备使电池在设定时间内强制通过恒定直流电流进行放电/充电，计算出当前的电池内阻r＝ΔU/ΔI；其中ΔU为电池放电/充电初期、末期的压差，ΔI为恒流放电/充电电流；记录在放电时各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻，以及充电时各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻；

计算最大放电/充电电流：根据当前的温度和荷电状态，在上述得到的各种温度条件、各种荷电状态下计算得到的电池内阻中进行对应选择，计算持续设定时间的最大放电/充电电流Imax＝(Ue-U)/(r+R)，其中Ue为当前电压，U为放电下限保护电压或充电上限保护电压，R为连接电阻。

2.根据权利要求1所述的一种电源系统电流限制计算方法，其特征在于，在电源系统出现故障信息时，则按照计算出电流值的一定比例发给整车；所述比例根据故障信息的严重程度决定，故障信息越严重，比例越小。

3.根据权利要求2所述的一种电源系统电流限制计算方法，其特征在于，若是电源系统出现二级故障信息时，则功率限值按照计算出电流值的50％发给整车；若是电源系统出现一级故障信息时，则功率限值依据计算出电流值的0％发给整车。

4.根据权利要求2或3所述的一种电源系统电流限制计算方法，其特征在于，所述故障信息包括过压、高温、低温的故障信息。

5.根据权利要求1所述的一种电源系统电流限制计算方法，其特征在于，所述设定时间为10S、15S或20S。