CN106154175A - 基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统及工作流程 - Google Patents

基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统及工作流程 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统及工作流程。所述系统应用于车用动力电池，且动力电池由若干单体电池构成，所述系统包括数据采集单元、快速充电状态判断单元、安时算法估算单元、动态压差修正参数估算单元、电池荷电状态修正单元、电池荷电状态滤波单元、充电结束状态判断单元。本发明是在现有的电池管理系统基础之上，通过充分利用软硬件资源并通过对电池可用参数控制快速直流充电，充分保证其在寿命和时间的平衡性，提高动力电池可用电流估算精度，提高电池使用寿命及整车续驶里程。

Description

基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统及工作流程
技术领域
本发明涉及电动汽车电池技术领域，尤其涉及一种基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统及工作流程。
背景技术
随着新能源产业的发展，越来越多的新能源电动汽车应用各行各业。目前车用动力电池在电池荷电状态估算与快速直流充电间存在一个问题，即快速直流充电的实际充电量与电池荷电状态估算值的不一致性。而传统车厂通常采用两种方式来保证其一致性。第一、电池荷电状态在直流快速充电状态为充满状态下进行强制修正至100%；第二、快速直流充电的充满状态以电池荷电状态估算值为100%为结束条件。上述两种方法共同存在的问题就是当前电池自身没有充满，但是显示给用户为充满状态，在使用过程中却没有放出充满的电量。导致用户体验变差且电池寿命降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统。所述系统应用于车用动力电池，且动力电池由若干单体电池构成，所述系统包括数据采集单元、快速充电状态判断单元、安时算法估算单元、动态压差修正参数估算单元、电池荷电状态修正单元、电池荷电状态滤波单元、充电结束状态判断单元。
数据采集单元用于采集动力电池的总电流值、快速充电连接信号、单体压差值、上次下电存储的电池荷电状态值、最大单体电压值。
快速充电状态判断单元用于根据快速充电连接信号判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为预先定义的正常充电值，否则为预先定义的非正常充电值。
安时算法估算单元用于对电池总电流进行安时积分，得到总电流积累量，进而得到原始电池荷电状态值；所述原始电池荷电状态值等于上次下电存储的电池荷电状态值加上安时电池荷电状态值，所述安时电池荷电状态等于总电流累积量除以动力电池额定容量的值。
动态压差修正参数估算单元用于根据电池充电状态标识和/或单体压差，输出对应的压差修正系数。
电池荷电状态修正单元用于将原始电池荷电状态参数乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态参数。
充满值充电结束状态判断单元用于根据最终电池荷电状态值、最大单体电压确定是否结束充电。
进一步的，动态压差修正参数估算单元的工作流程为：
步骤一：判断电池充电状态标识是否为非正常充电值，若是则结束工作；否则进行步骤二。
步骤二：判断单体压差是否小于预先定义的压差阈值，若小于则输出压差修正参数为第一压差修正参数；否则进行步骤三。
步骤三：判断单体压差是否大于预先定义的压差阈值，若大于则输出压差修正参数为第二压差修正参数；否则输出压差修正参数为第三压差修正参数。
进一步的，充满值充电结束状态判断单元的工作流程为：
步骤一: 判断最终电池荷电状态值是否等于预先确定的充满值，如等于则充电结束，否则进行步骤二；
步骤二：判断最大单体电压是否大于充电结束阈值，若成立则充电结束，同时把最终电池荷电状态值修正至表征充满的充满值，否则进行步骤三；
步骤三：继续正常充电。
进一步的，第一压差修正参数为1，第二压差修正参数为0.8，第三压差修正参数为0.5。
上述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统的工作流程包括如下步骤：
步骤一：数据采集单元采集并计算总电流值、快速充电连接信号值、单体压差值、上次下电存储的电池荷电状态值、最大单体电压值。
步骤二：快速充电状态判断单元根据快速充电连接信号判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为正常充电值，否则为非正常充电值；安时算法估算单元用于电池总电流进行安时积分，得到总电流积累量。
步骤三：动态压差修正参数估算单元判断输出电池充电状态标识的值，当为非正常充电值时则跳转到步骤六，否则判断单体压差值，并根据单体压差值输出压差修正系数。
步骤四：电池荷电状态修正单元将原始电池荷电状态值乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态值。
步骤五：充电结束状态判断单元根据最终的电池荷电状态值和/或单体压差，输出对应的压差修正系数。
步骤六：结束工作流程。
步骤三具体为：动态压差修正参数估算单元判断电池充电状态标识是否等于预先定义的非正常充电值，若等于则结束；否则判断单体压差值是否小于压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第一压差修正参数；否则判断单体压差值是否大于压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第二压差修正参数；否则输出压差修正参数为第三压差修正参数。
第一压差修正参数为1，压差阈值为0.8，第三压差阈值为0.5。
步骤五具体为：充电结束状态判断单元判断最终充电是否等于预先确定的充满值，如等于则是否充满，结束充电，如不等于，则判断最大单体电压是否大于充电结束阈值，若等于则充电结束，同时把最终电池荷电状态修正至表征充满的充满值；如果小于充电结束阈值则不做处理，继续充电。
附图说明
图1为本系统的结构图。
图2为数据采集单元工作流程图。
图3为快速充电状态判断单元工作流程图。
图4为安时算法估算单元工作流程图。
图5为动态压差修正参数估算单元工作流程图。
图6为电池荷电状态修正单元工作流程图。
图7为充电结束状态判断单元工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，本系统包括如下软件模块：
数据采集单元、快速充电状态判断单元、安时算法估算单元、动态压差修正参数估算单元、电池荷电状态修正单元、充电结束状态判断单元。
数据采集单元采集并计算总电流值（充电电流、放电电流统称为总电流，由于电池要么在充电要么在放电，因此，采集的总电流只可能为充电电流或者放电电流）、快速充电连接信号值、单体压差值、上次下电存储的电池荷电状态值、最大单体电压值。由于动力电池一般是由若干单体电池组成的，单体压差指的是最大的单体电池电压与最小的单体电池电压的差值。最大单体电压指电压值最大的单体电池电压。
快速充电状态判断单元用于按照快速直流充电国标判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为表征正常充电的正常充电值（如1），否则为表征非正常充电的非正常充电值（如0）。
安时算法估算单元用于对电池总电流进行安时积分，进而得到原始电池荷电状态值。安时电池荷电状态等于总电流累积量除以动力电池额定容量的值。原始电池荷电状态值等于上次下电存储的电池荷电状态值加上安时电池荷电状态值。
动态压差修正参数估算单元的作用为：判断电池充电状态标识是否等于非正常充电值，若是则结束估算；否则判断单体压差是否小于压差阈值，若成立则输出第一压差修正参数（本实施例为1）；否则判断单体压差是否大于压差阈值，若成立则输出第二压差修正参数（本实施例为0.5）；否则输出第三压差修正参数（本实施例为0.8）。动态压差修正参数可根据实际测试及应用进行调整。压差阈值也可根据使用环境、电池情况进行设置。
电池荷电状态修正单元用于将原始电池荷电状态值乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态值。
充电结束状态判断单元用于判断最终电池荷电状态值是否等于表示表征充满的充满值（如100），若等于则充电结束；否则判断最大单体电压值是否大于充电结束阈值，若等于则充电结束，同时把电池荷电状态修正至表征充满的充满值；否则不作处理。
上述系统在应用过程中具体的工作流程为。
步骤一：数据采集单元采集并计算总电流、快速充电连接信号、单体压差、上次下电存储的电池荷电状态、最大单体电压。如图2所示。
步骤二：快速充电状态判断单元根据快速充电连接信号判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为正常充电值（如1），否则为非正常充电值（如0）；安时算法估算单元对电池总电流进行安时积分，得到总电流积累量。如图3、图4所示所示。
步骤三：动态压差修正参数估算单元判断输出电池充电状态标识的值，当为非正常充电值时则跳转到步骤六，否则判断单体压差值，并根据单体压差值输出压差修正系数。
本步骤具体流程如图5所示：动态压差修正参数估算单元判断电池充电状态标识是否等于预先定义的非正常充电值，若等于则结束；否则判断单体压差值是否小于预先定义好的压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第一修正参数；否则判断单体压差值是否大于压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第二修正参数；否则输出压差修正参数为第三修正参数。
步骤四：电池荷电状态修正单元将原始电池荷电状态值乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态值；
本步骤具体流程如图6所示：
步骤五：充电结束状态判断单元根据最终的电池荷电状态值和/或单体压差，输出对应的压差修正系数。
具体如图7所示：充电结束状态判断单元根据最终的电池荷电状态值判断充电是否充满，如果充满则结束，否则判断最大单体电压是否大于充电结束阈值，若等于则充电结束，同时把电池荷电状态修正至表征充满的充满值（如100）；如果小于充电结束阈值则不做处理，继续充电。
步骤六：结束工作流程。
本发明的有益效果为：
本发明是在现有的电池管理系统基础之上，通过充分利用软硬件资源并通过对电池可用参数控制快速直流充电，充分保证其在寿命和时间的平衡性，提高动力电池可用电流估算精度，提高电池使用寿命及整车续驶里程。

Claims (8)

1.基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统，其特征在于，所述系统应用于车用动力电池，且动力电池由若干单体电池构成，所述系统包括数据采集单元、快速充电状态判断单元、安时算法估算单元、动态压差修正参数估算单元、电池荷电状态修正单元、电池荷电状态滤波单元、充电结束状态判断单元；
数据采集单元用于采集动力电池的总电流值、快速充电连接信号、单体压差值、上次下电存储的电池荷电状态值、最大单体电压值；
快速充电状态判断单元用于根据快速充电连接信号判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为预先定义的正常充电值，否则为预先定义的非正常充电值；
安时算法估算单元用于对电池总电流进行安时积分，得到总电流积累量，进而得到原始电池荷电状态值；所述原始电池荷电状态值等于上次下电存储的电池荷电状态值加上安时电池荷电状态值，所述安时电池荷电状态等于总电流累积量除以动力电池额定容量的值；
动态压差修正参数估算单元用于根据电池充电状态标识和/或单体压差，输出对应的压差修正系数；
电池荷电状态修正单元用于将原始电池荷电状态参数乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态参数；
充满值充电结束状态判断单元用于根据最终电池荷电状态值、最大单体电压确定是否结束充电。
2.如权利要求1所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统，其特征在于，动态压差修正参数估算单元的工作流程为：
步骤一：判断电池充电状态标识是否为非正常充电值，若是则结束工作；否则进行步骤二；
步骤二：判断单体压差是否小于预先定义的压差阈值，若小于则输出压差修正参数为第一压差修正参数；否则进行步骤三；
步骤三：判断单体压差是否大于预先定义的压差阈值，若大于则输出压差修正参数为第二压差修正参数；否则输出压差修正参数为第三压差修正参数。
3.如权利要求1所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统，其特征在于，充满值充电结束状态判断单元的工作流程为：
步骤一: 判断最终电池荷电状态值是否等于预先确定的充满值，如等于则充电结束，否则进行步骤二；
步骤二：判断最大单体电压是否大于充电结束阈值，若成立则充电结束，同时把最终电池荷电状态值修正至表征充满的充满值，否则进行步骤三；
步骤三：继续正常充电。
4.如权利要求3所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统，其特征在于， 第一压差修正参数为1，第二压差修正参数为0.8，第三压差修正参数为0.5。
5.如权利要求1所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统的工作流程，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：数据采集单元采集并计算总电流值、快速充电连接信号值、单体压差值、上次下电存储的电池荷电状态值、最大单体电压值；
步骤二：快速充电状态判断单元根据快速充电连接信号判断动力电池是否进入快速直流充电状态，如果快速充电连接信号等于充电阈值，则输出电池充电状态标识设置为正常充电值，否则为非正常充电值；安时算法估算单元用于电池总电流进行安时积分，得到总电流积累量；
步骤三：动态压差修正参数估算单元判断输出电池充电状态标识的值，当为非正常充电值时则跳转到步骤六，否则判断单体压差值，并根据单体压差值输出压差修正系数；
步骤四：电池荷电状态修正单元将原始电池荷电状态值乘以压差修正参数，以得到最终的电池荷电状态值；
步骤五：充电结束状态判断单元根据最终的电池荷电状态值和/或单体压差，输出对应的压差修正系数；
步骤六：结束工作流程。
6.如权利要求5所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统的工作流程，其特征在于，步骤三具体为：动态压差修正参数估算单元判断电池充电状态标识是否等于预先定义的非正常充电值，若等于则结束；否则判断单体压差值是否小于压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第一压差修正参数；否则判断单体压差值是否大于压差阈值，若等于则输出压差修正参数为第二压差修正参数；否则输出压差修正参数为第三压差修正参数。
7.如权利要求6所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统的工作流程，其特征在于，第一压差修正参数为1，压差阈值为0.8，第三压差阈值为0.5。
8.如权利要求6所述的基于动态压差的充电电池荷电状态估算系统的工作流程，其特征在于，步骤五具体为：充电结束状态判断单元判断最终充电是否等于预先确定的充满值，如等于则是否充满，结束充电，如不等于，则判断最大单体电压是否大于充电结束阈值，若等于则充电结束，同时把最终电池荷电状态修正至表征充满的充满值；如果小于充电结束阈值则不做处理，继续充电。
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