CN106314170A - 一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车 - Google Patents

一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车，计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；检测所述动力电池系统的电池温度；从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。本申请方案对于动力电池系统的功率的计算简单方便，无需搭建复杂模型，可以得到广泛应用。

Description

一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车电气技术领域，特别涉及一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车。
背景技术
动力电池系统是电动汽车的核心组成部分，是决定电动汽车整车性能的关键，同时也是电动汽车不同于传统内燃机汽车的重要标志。
动力电池的充放电能力直接影响电动汽车的动力性和驾驶性，为了最大程度的发挥动力电池的性能且保护电池不过充或过放，目前的技术关键在于如何实时估算动力电池系统的最大可用功率。
现有技术中，在估算动力电池系统的最大可用功率时，是采用基于电池模型的自适应滤波算法，根据电流和电池端电压，通过自适应滤波器估算电池的参数及开路电压，再基于估算的参数、开路电压、上限电压和下限电压，估算动力电池系统的可输入/可输出功率。
但是，现有技术中的基于电池模型的自适应滤波算法要求建立复杂的电池模型，再通过复杂的数学运算才能得到动力电池系统的最大可用功率，运算复杂且难度很高，难以得到广泛应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车，以实现对动力电池的最大可用功率的简单运算。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种动力电池系统的功率计算方法，应用于电动汽车中，包括：
计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
检测所述动力电池系统的电池温度；
从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
优选地，所述放电功率二维表的生成过程包括：
分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；
根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
优选地，还包括：
根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
优选地，所述驾驶信号包括：
钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
一种动力电池系统的功率计算系统，应用于电动汽车中，包括：
SOC计算模块，用于计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
温度检测模块，用于检测所述动力电池系统的电池温度；
功率查找模块，用于从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
优选地，还包括：
测试模块，用于分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；
生成模块，用于根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
优选地，还包括：
需求功率计算模块，用于根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
比较模块，用于比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
目标输出功率计算模块，用于当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
电压检测模块，用于检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
比例计算模块，用于在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
功率计算模块，用于根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
优选地，所述驾驶信号包括：
钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
一种电动汽车，包括上述任意一项所述的动力电池系统的功率计算系统。
通过本发明提供的动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车，计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；检测所述动力电池系统的电池温度；从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。本申请方案对于动力电池系统的功率的计算简单方便，无需搭建复杂模型，可以得到广泛应用。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法的流程示意图；
图2是本发明第二具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法的流程示意图；
图3是本发明第三具体实施例提供的动力电池系统的功率计算系统的结构示意图；
图4是本发明第四具体实施例提供的动力电池系统的功率计算系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车，可以简化对于动力电池系统的功率的计算，得到广泛应用。
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。
请参阅图1，图1是本发明第一具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法的流程示意图。
本发明第一具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法，应用于电动汽车中，包括以下步骤：
S101：计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
在本申请实施例中，动力电池在使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值被称为荷电状态SOC(state of charge)，SOC常用百分数表示，其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。
S102：检测所述动力电池系统的电池温度；
动力电池系统的容量不仅与SOC有关，还与电池温度有关，因此需要检测电池温度，才能准确计算电池系统的容量，从而准确计算可用功率。
S103：从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
在本申请实施例中，放电功率二维表可以通过对动力电池进行测试生成，具体的生成过程可以包括：分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
本申请实施例提供的动力电池系统的功率计算方法，计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；检测所述动力电池系统的电池温度；从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。本申请方案对于动力电池系统的功率的计算简单方便，无需搭建复杂模型，可以得到广泛应用。
请参阅图2，图2是本发明第二具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法的流程示意图。
本发明第二具体实施例提供的动力电池系统的功率计算方法，应用于电动汽车中，在本实施例中，动力电池系统包含具有最低电压的最低单体电池和具有最高电压的最高单体电池。电池最大可用(放电)功率的计算在基于查表功率的基础上，还可以根据最低单体电压的变化对查表功率进行限制，得到实际最大可用功率。本申请实施例提供的技术方案包括以下步骤：
S201：计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
S202：检测所述动力电池系统的电池温度；
S203：从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率；
在本申请实施例中，会预先测试动力电池系统的放电能力，并制定放电功率二维表。
动力电池系统中包括有多个单体电池，电压最小的单体电池的电压被称为最低单体电压，电压最高的单体电池的电压被称为最高单体电压，单体电池会有一个电池放电截止电压U1，在单体电池的电压低至电池放电截止电压时，单体电池会停止放电。
在一个实施例中，在对动力电池系统进行测试时，将动力电池系统放置在温箱中，可以设置高低温箱温度为20℃。当电池温度在20℃±5℃范围时，以恒电流放电至电池放电截止电压U1，静置1小时。以恒电流充电使电池达到指定SOC状态，若最高单体电压达到U2则停止充电。将高低温箱温度设置为T1(假设需要测试电池T1温度下的放电功率)，将动力电池系统静置一定时间使电池温度达到环境温度后，以恒功率P放电30s(假设需要估计电池30s的放电功率)，观测最低单体电压的变化。如果在30s内最低单体电压就达到U1，说明当前温度当前SOC下电池的最大可用功率比P小，则需要适当减小放电功率后再进行试验；反之，需要增大放电功率进行试验，直到找出动力电池系统在当前温度当前SOC下的最佳放电能力。根据该方法分别测试出不同温度和不同SOC下的放电功率，形成基于温度和SOC的放电功率二维表，动力电池系统在不同温度和不同SOC下的放电功率在该放电功率二维表中被称为查表功率。
在本申请实施例中，根据放电功率二维表，输入动力电池系统的当前的SOC及电池温度，即可查表得到当前的查表功率P1。
S204：根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
在本申请实施例中，所述驾驶信号包括：钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
整车控制器根据驾驶员的驾驶信号(钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号、档位信号)计算出电机的目标转矩Tq，同时根据当前电机转速N，依据公式即可计算得到电机的需求功率P2。
S205：比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
S206：当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
整车控制器根据电机的需求功率P2和查表功率P1，二者取小值后即可得到当前需要的动力电池系统的目标输出功率P3。
此时，本申请实施例还可以根据动力电池系统的当前状态判断动力电池系统有无故障(是否允许充放电)，如果动力电池系统没有故障，流程图就转到步骤S207；如果动力电池系统存在故障，则需要将电池的实际最大可用功率限制为0。在一个实施例中，当电池有故障时，将放电功率限制为0，即电池可用功率为0，不允许整车对电池进行放电。
S207：检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
本申请实施例会实时监测每个单体电池的电压，并查找出电池电压最低的单体电池，记录其最低单体电压CellV_min。
S208：在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
如果最低单体电压CellV_min小于一个预设的门限值V限(该门限值用作开始电池可用功率闭环控制的条件，当电压达到该门限值时，开始进行闭环控制)时，计算最低单体电压与预设的电池放电截止电压之差Vdelta＝CellV_min-V故障。其中V故障等于电池放电截止电压U1。电池电压未达到预设的门限值时不进行闭环控制，动力电池系统的实际最大可用功率为查表功率P1。
在计算出计算最低单体电压与预设的电池放电截止电压之差Vdelta后，根据公式即可计算出动力电池系统的放电功率限制比例P_lim。
S209：根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
此时，在动力电池的目标输出功率P3基础上，根据公式P限＝P3×P_lim计算得到电压闭环限制后的功率P限，该电压闭环限制后的功率P限即为闭环限制后的实际最大可用功率。
在本申请实施例中，在查表得到动力电池系统的理论最大可用功率的基础上，还可以实时监测动力电池的电压变化，对动力电池系统的实际最大可用功率根据电压变化进行闭环控制。
以放电为例，当电池电压减小到一定值时，根据电池电压与电池放电截止电压的差值计算一个限制比例，实际最大可用功率在P3上根据计算的限制比例P_lim进行限制。电池电压减小时，限制比例P_lim增大，实际最大可用功率随着电池电压的减小逐渐减小；当电池电压回升后，限制比例P_lim减小，实际最大可用功率也随着电池电压的回升逐渐增大，从而达到闭环控制的目的。
本申请实施例提供的基于电压闭环限制的动力电池的实际最大可用功率的计算方法，适用于对电动汽车的动力电池系统的实际可用最大功率的计算。旨在根据电压保护电池不过充过放的前提下，能够根据电压的变化实时进行实际最大可用功率的调整，从而达到根据电压实时计算动力电池系统的实际最大可用功率，以最大限度的使用电池，充分发挥动力电池的性能。
而且，根据电压的变化对实际最大可用功率进行闭环控制，可以避免由于查表功率不准导致计算的功率误差的问题，避免瞬时的大电流导致电压下降后功率不可恢复的问题，能够减少动力电池系统出现故障的频次，从而更好地保护电池。
本申请实施例提供的技术方案计算简单，无复杂的算法公式，占用软件资源少，运行更可靠，使用更安全，本领域技术人员容易理解，便于实现。
此外，本发明还提供了一种上述动力电池系统的功率计算方法对应的动力电池系统的功率计算系统，参照图3所示，是本发明第三具体实施例提供的动力电池系统的功率计算系统的结构示意图。该系统应用于电动汽车中，包括：
SOC计算模块1，用于计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
温度检测模块2，用于检测所述动力电池系统的电池温度；
功率查找模块3，用于从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
优选地，放电功率二维表可以由测试模块和生成模块生成，测试模块用于分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；生成模块用于根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
本申请实施例提供的动力电池系统的功率计算系统，可以采用上述方法实施例中的动力电池系统的功率计算方法，具体功能可以参照上述任一方法实施例中的步骤描述，此处不再赘述。
参照图4所示，是本发明第四具体实施例提供的动力电池系统的功率计算系统的结构示意图。该系统应用于电动汽车中，包括：
SOC计算模块1，用于计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
温度检测模块2，用于检测所述动力电池系统的电池温度；
功率查找模块3，用于从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率；
需求功率计算模块4，用于根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
在本申请实施例中，所述驾驶信号包括：钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
比较模块5，用于比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
目标输出功率计算模块6，用于当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
电压检测模块7，用于检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
比例计算模块8，用于在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
功率计算模块9，用于根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
本申请实施例提供的动力电池系统的功率计算系统，可以采用上述方法实施例中的动力电池系统的功率计算方法，具体功能可以参照上述任一方法实施例中的步骤描述，此处不再赘述。
本申请还提供一种电动汽车，包括上述任意一项所述的动力电池系统的功率计算系统。
通过本发明提供的动力电池系统的功率计算方法、系统及电动汽车，计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；检测所述动力电池系统的电池温度；从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。本申请方案对于动力电池系统的功率的计算简单方便，无需搭建复杂模型，可以得到广泛应用。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种动力电池系统的功率计算方法，应用于电动汽车中，其特征在于，包括：
计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
检测所述动力电池系统的电池温度；
从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
2.根据权利要求1所述的功率计算方法，其特征在于，所述放电功率二维表的生成过程包括：
分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；
根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
3.根据权利要求1所述的功率计算方法，其特征在于，还包括：
根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
4.根据权利要求3所述的功率计算方法，其特征在于，所述驾驶信号包括：
钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
5.一种动力电池系统的功率计算系统，应用于电动汽车中，其特征在于，包括：
SOC计算模块，用于计算电动汽车的动力电池系统的荷电状态SOC；
温度检测模块，用于检测所述动力电池系统的电池温度；
功率查找模块，用于从预先存储的放电功率二维表中查找与所述SOC和所述电池温度相对应的查表功率，作为所述动力电池系统的理论最大可用功率。
6.根据权利要求5所述的功率计算系统，其特征在于，还包括：
测试模块，用于分别测试所述动力电池系统在不同的所述SOC和不同的所述电池温度下的放电能力，生成测试结果；
生成模块，用于根据所述测试结果为所述动力电池系统生成基于所述SOC和所述电池温度的放电功率二维表。
7.根据权利要求5所述的功率计算系统，其特征在于，还包括：
需求功率计算模块，用于根据驾驶员的驾驶信号计算出所述电动汽车的电机的需求功率；
比较模块，用于比较所述查表功率与所述需求功率的大小；
目标输出功率计算模块，用于当所述查表功率大于所述需求功率时，以所述需求功率作为所述动力电池系统的目标输出功率，当所述查表功率小于所述需求功率时，以所述查表功率作为所述动力电池系统的所述目标输出功率；
电压检测模块，用于检测所述动力电池系统中的每个单体电池的电压，并将电压最低的单体电池的电压确定为最低单体电压；
比例计算模块，用于在所述最低单体电压小于预设的门限值时，计算所述最低单体电压与预设的电池放电截止电压的差值，并根据所述差值计算所述动力电池系统的放电功率限制比例；
功率计算模块，用于根据所述目标输出功率和所述放电功率限制比例计算所述动力电池系统的实际最大可用功率。
8.根据权利要求7所述的功率计算系统，其特征在于，所述驾驶信号包括：
钥匙信号、油门踏板开度信号、制动踏板信号和档位信号。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求5-8中任意一项所述的动力电池系统的功率计算系统。
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