CN106249170A - 一种动力电池系统功率状态估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动力电池系统功率状态估计方法及装置，所述方法包括：获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。本发明不需要电池内阻模型，能够实现电池动态充放电过程中的电池的功率状态估计，有效提高了SOP估计精度。

Description

一种动力电池系统功率状态估计方法及装置

技术领域

本发明涉及电池功率状态估计技术领域，尤其涉及一种动力电池系统功率状态估计方法及装置。

背景技术

电池作为备用电源已在通信、电力系统、军事装备、电动汽车等领域得到广泛的应用。随着环保的观念深入人心，越来越多的系统开始采用电池作为主动力供给。在这些系统中，锂离子电池已成为新能源汽车的主流动力源之一，其工作状态的好坏直接关系到整个系统的运行可靠性。为确保电池的性能良好，延长电池的使用寿命，须及时、准确的了解电池的运行状态，对电池进行合理有效的管理和控制。

电池的功率状态(State of Power，简称SOP)能表征电池的功率状态，由此可评估电池能否满足电动车起步和提速要求，并最优化电池与电动车动力性能之间的关系，因此SOP准确估计已经成为电动汽车电池管理的核心技术。但关于SOP估计算法的研究仍很少。

目前，SOP估计最常用的方法为PNGV符合脉冲法和基于荷电状态(State ofCharge，SOC)估计法。上述两种方法都是基于电池内阻模型的估算方法，模型计较简单，只能适应电池稳定工况下的SOP估计，无法适应电池动态充放电过程中的SOP估计。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种动力电池系统功率状态估计方法及装置，不需要电池内阻模型，能够实现电池动态充放电过程中的电池的功率状态估计，有效提高了SOP估计精度。

第一方面，本发明提供了一种动力电池系统功率状态估计方法，所述方法包括：

获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；

根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；

根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

优选地，所述预设温度为25℃。

优选地，所述获得在预设温度下，不同荷电状态SOC下电池组的最大输出功率，包括：

根据公式一及公式二，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC))公式二；

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

优选地，所述根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数，包括：

根据公式三，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

优选地，根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率，包括：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率

第二方面，本发明提供了一种动力电池系统功率状态估计装置，所述装置包括：

第一获取单元，用于获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；

第二获取单元，用于根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；

功率估计单元，用于根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

优选地，所述预设温度为25℃。

优选地，所述第一获取单元，具体用于：

根据公式一及公式二，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC))公式二；

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

优选地，所述第二获取单元，具体用于：

根据公式三，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

优选地，所述功率估计单元，具体用于：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度

为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率

由上述技术方案可知，本发明提供一种动力电池系统功率状态估计方法及装置，通过获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；以及根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；从而根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。由此可见，本发明使用可精确测量的物理量，提高了SOP估计精度；而且无需电池内阻模型，能够实现电池动态充放电过程中的电池的功率状态估计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种动力电池系统功率状态估计方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种动力电池系统功率状态估计装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例中的一种动力电池系统功率状态估计方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

S1：获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率。

S2：根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数。

S3：根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

由此可见，本实施例通过获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；以及根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；从而根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。由此可见，本实施例使用可精确测量的物理量(如最大输出功率及电池内阻)，提高了SOP估计精度；而且无需电池内阻模型，能够实现电池动态充放电过程中的电池的功率状态估计。

具体来说，在考虑最大输出功率时，电池组的滞后效应可以忽略，以稳定后的电压和电流乘积计算功率值。设温度为T，荷电状态为SOC时的电池组的等效内阻为R_eq(T,SOC)，电池组开路电压为V_oc(T,SOC)，则输出电流为I时的电池组输出功率P为：

$\begin{array}{c}P=\left(V_{oc}\right(T,SOC)-{\mathrm{IR}}_{eq}(T,SOC\left)\right)I\\ =-R_{eq}(T,SOC){\left(I-\frac{V_{oc}(T,SOC)}{2R_{eq}(T,SOC)}\right)}^2+\frac{{V_{oc}}^2(T,SOC)}{4R_{eq}(T,SOC)}\end{array}---\left(1\right)$

设电池组的放电保护阈值电压为V_odth(T,SOC)，需在放电过程中一直保证电池组电压不低于该阈值，从而得到如下约束表达式：

V_oc(T,SOC)-R_eq(T,SOC)I≥V_odth(T,SOC) (2)

联立(1)、(2)式得到最大的功率输出P_max(T,SOC)为：

式(3)中电池组电压降到保护阈值，电流达到最大值I_max(T,SOC)：

$I_{max}(T,SOC)=\frac{V_{oc}(T,SOC)-V_{odth}(T,SOC)}{R_{eq}(T,SOC)}---\left(4\right)$

定义第一预设系数SOF(T,SOC)及第二预设系数g(T,SOC)如下：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC))(6)

由于温度相对SOC而言对开路电压的影响非常小，并且放电保护电压的设置一般与SOC无关，因此：

$\begin{array}{c}g(T,SOC)\≈V_{odth}\left(T\right)\left(V_{oc}\right(SOC)-V_{odth}(T\left)\right)\\ =-{\left(V_{odth}\right(T)-V_{oc}\left(SOC\right)/2)}^2+V_{oc}^2\left(SOC\right)/4\end{array}---\left(7\right)$

根据电池的特性，可以假定：V_odth(T)≤V_odth(25℃)，则由(2)、(7)式可以得到：g(25℃,SOC)≤g(T,SOC)。

因此(3)式变为：

其中P_max(25℃,SOC)表示在25℃时，不同SOC下的电池组最大输出功率(电池组端电压等于V_odth(25℃))。因此：

根据式(9)可获得估计输出功率该估计值小于实际能输出的功率，因此能够保证系统时安全的。

而其中I_N为0.3C放电时的电流值，0.3C即为0.3倍的电池容量，因此可以得到：

其中，P_N(T,SOC)为温度为T、荷电状态为SOC，且输出电流为I_N时的电池组输出功率；P_N(25℃,SOC)为温度为25℃、荷电状态为SOC，且输出电流为I_N时的电池组输出功率。

基于上述推导过程，优选地，上述步骤S1中的所述预设温度为25℃。

具体地，所述步骤S1，具体包括：

根据(11)及(6)，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC)) (6)

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

具体地，所述步骤S2，具体包括：

根据公式(5)，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

进一步地，所述步骤S3，具体包括：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率

图2是本发明一实施例中的一种动力电池系统功率状态估计装置的结构示意图，如图2所示，所述装置包括：第一获取单元201、第二获取单元202及功率估计单元203。其中：

第一获取单元201用于获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；第二获取单元202用于根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；功率估计单元203用于根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

由此可见，本实施例第一获取单元201获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；以及第二获取单元202根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；功率估计单元203根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。由此可见，本实施例使用可精确测量的物理量(如最大输出功率及电池内阻)，提高了SOP估计精度；而且无需电池内阻模型，能够实现电池动态充放电过程中的电池的功率状态估计。

本实施例中，所述预设温度为25℃。

本实施例中，所述第一获取单元201，具体用于：

根据公式一及公式二，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC)) (6)

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)g(T,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

本实施例中，所述第二获取单元202，具体用于：

根据公式三，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

本实施例中，所述功率估计单元203，具体用于：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率

在本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力电池系统功率状态估计方法，其特征在于，所述方法包括：

获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；

根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；

根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

2.根据权利要求1所述的动力电池系统功率状态估计方法，其特征在于，所述预设温度为25℃。

3.根据权利要求2所述的动力电池系统功率状态估计方法，其特征在于，所述获得在预设温度下，不同荷电状态SOC下电池组的最大输出功率，包括：

根据公式一及公式二，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC)) 公式二；

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

4.根据权利要求3所述的动力电池系统功率状态估计方法，其特征在于，所述根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数，包括：

根据公式三，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

5.根据权利要求4所述的动力电池系统功率状态估计方法，其特征在于，根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率，包括：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率

6.一种动力电池系统功率状态估计装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取单元，用于获得在预设温度下，不同荷电状态下的电池组最大输出功率；

第二获取单元，用于根据所述电池组在不同温度下的等效内阻，获得第一预设系数；

功率估计单元，用于根据所述第一预设系数及所述最大输出功率，估计所述电池组的输出功率。

7.根据权利要求6所述的动力电池系统功率状态估计装置，其特征在于，所述预设温度为25℃。

8.根据权利要求7所述的所述的动力电池系统功率状态估计装置，其特征在于，所述第一获取单元，具体用于：

根据公式一及公式二，获得在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)：

g(T,SOC)＝V_odth(T,SOC)(V_oc(T,SOC)-V_odth(T,SOC))公式二；

其中，g(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时的第二预设系数，g(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时的第二预设系数；R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；V_odth(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组对应的放电保护阈值电压；V_oc(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的开路电压。

9.根据权利要求8所述的动力电池系统功率状态估计装置，其特征在于，所述第二获取单元，具体用于：

根据公式三，获得第一预设系数SOF(T,SOC)：

其中，R_eq(25℃,SOC)为温度为25℃，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻；R_eq(T,SOC)为温度为T，荷电状态为SOC时电池组的等效内阻。

10.根据权利要求9所述的动力电池系统功率状态估计装置，其特征在于，所述功率估计单元，具体用于：

根据所述第一预设系数SOF(T,SOC)以及在25℃、不同荷电状态SOC下的电池组最大输出功率P_max(25℃,SOC)，采用公式四获得在温度为T，荷电状态为SOC时所述电池组的估计输出功率