CN107091993A - 用于估计电池能量状态的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式提供一种用于估计电池SOE的装置，属于电池评估领域。该装置包括：处理器，被配置成：接收检测到的电池的温度和检测到的电池的电流；根据所述温度和预存的温度与电池的容量的第一对应关系确定在所述温度下所述电池的容量；根据所述容量确定所述电池的荷电状态SOC；根据所述SOC和预存的SOC与电池的开路电压的第二对应关系确定在所述SOC下的所述电池的开路电压；以及根据所述容量、所述开路电压以及所述电池的电流来估计所述电池的SOE。该装置能够根据电池的温度对电池的SOE进行修正，使得电池的SOE的估计更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及电池评估领域，具体地涉及一种用于估计电池能量状态的装置。
背景技术
受能源危机与环境危机的影响，电动汽车得到了很快的发展。针对电动汽车而言，对续航里程的估计是一项难题。目前常用锂电池荷电状态(State of Charge，SOC)来对其续航里程进行评判，但是SOC与电动汽车续航的里程并不呈线性变化，在电池放电末期，SOC的变化要快过可续航里程，这就导致了用户对电动汽车续航里程的误判。
锂电池能量状态(State of Energy，SOE)与电动汽车续航里程密切相关，用SOE代替SOC做续航里程判断是一种更好的方式。锂电池状态估计多在常温下进行，往往设定电池的参数为恒定值。但在电动汽车实际运行过程中，季节变化会导致锂电池使用环境温度的改变，尤其是在北方地区，这一变化尤为明显，而锂电池的容量和内阻等特性参数会随着温度的变化而呈现出较大的差异，这就导致了锂电池状态估计的算法的不准确。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种用于估计电池能量状态的装置，该装置能够通过检测电池的温度来对SOE进行校正，使得SOE的估计更加准确。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于估计电池能量状态的装置，该装置可以包括：
处理器，被配置成：
接收检测到的电池的温度和检测到的电池的电流；
根据该电池的温度和预存的温度与电池的容量的第一对应关系确定在该温度下电池的容量；
根据该电池的容量确定电池的SOC；
根据该电池的SOC和预存的SOC与电池的开路电压的第二对应关系确定在该SOC下的所述电池的开路电压；以及
根据该电池的容量、开路电压以及电池的电流来估计电池的SOE。
可选地，该处理器可以被配置成：根据该电池的温度和第一对应关系使用折线法计算该电池的容量。
可选地，根据该电池的温度和第一对应关系使用折线法计算该电池的容量可以包括：
根据公式(1)计算电池的容量：
其中，y为计算出的该电池的容量，x为检测到的温度，x1和x2分别为第一对应关系中与检测到的温度x相邻的两个温度值，y1和y2为第一对应关系中分别与x1和x2对应的电池容量值。
可选地，处理器可以被配置成：根据该电池的SOC和第二对应关系使用折线法计算电池的开路电压。
可选地，根据该电池的SOC和第二对应关系使用折线法计算电池的开路电压可以包括：
根据公式(2)计算电池的开路电压：
其中，Voc为计算出的电池的开路电压，SOC为该电池的SOC，SOC1和SOC2分别为第二对应关系中与该SOC相邻的两个SOC值，Voc1和Voc2为所述第二对应关系中分别与SOC1和SOC2对应的电池的开路电压值。
可选地，处理器可以被配置成：根据该电池的容量、开路电压以及电池的电流使用安时积分法估计电池的SOE值。
可选地，根据该电池的容量、开路电压以及电池的电流使用安时积分法估计电池的SOE值可以包括：
根据公式(3)估计电池的SOE值：
其中，C0为电池的额定容量，SOE(0)为电池充满电时的SOE值，SOE(t)为估计出的电池的SOE值，t为电池的放电时间，i(t)为在t时间的电池的电流，η为电池充放电倍率的影响因子，Voc(t)为在t时间的开路电压，Voc(0)为电池充满电时的开路电压。
可选地，装置还可以包括：温度传感器，被配置成检测电池的温度。
可选地，电池可以包括电池组，该电池组可以包括多个电池单元，该温度传感器可以包括多个温度传感器，多个温度传感器分别被配置成检测多个电池单元中每个电池单元的温度；处理器还可以被配置成根据检测到的每个电池单元的温度计算多个电池单元的平均温度。
可选地，该装置还可以包括：电流传感器，被配置成检测电池的电流；存储器，被配置成存储第一对应关系和第二对应关系。
通过上述技术方案，本发明提供的用于估计电池能量状态的装置能够根据电池的温度来对SOE进行校正，使得SOE的估计更加准确。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一实施方式的用于估计电池SOE的方法的流程图；
图2示出了使用折线法计算电池的容量；
图3示出了使用折线法计算电池的开路电压；
图4是根据本发明的一实施方式的用于估计电池SOE的方法的流程图；
图5是根据本发明的一实施方式的用于估计电池SOE的装置的结构框图；以及
图6是根据本发明的另一实施方式的用于估计电池SOE的装置的结构框图。
附图标记说明
1、处理器 2、存储器
3、显示器 4、温度传感器
5、电流传感器
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
图1是根据本发明一实施方式的用于估计电池SOE的方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括：
在步骤S10中，检测电池的温度。
在步骤S11中，计算电池的容量。具体来说，可以根据电池的温度和预存的温度与电池容量的第一对应关系确定在该温度下电池的容量。
在本发明的一个实施方式中，可以使用折线法计算电池的容量，包括：
根据公式(1)计算电池的容量：
其中，y为计算出的电池的容量，x为检测到的电池的温度，x1和x2分别为第一对应关系中与温度x相邻的两个温度值，y1和y2为所述第一对应关系中分别与x1和x2对应的电池容量值。
第一对应关系可以通过在电池使用之前对不同温度下的电池容量进行测试，以得到温度和对应电池容量的集合的方式得到，且可以被存储(例如存储在电池管理系统(Battery Management System，BMS)的Eeprom中)。图2示出了使用折线法计算电池的容量。如图2所示，C点(x，y)为以电池的温度为横坐标、电池的容量为纵坐标构成的坐标系中的一点，A(x1，y1)和B(x2和y2)为与C点相邻的两个点。已知电池的温度x，根据公式(1)计算C点的纵坐标y(电池的容量)。此外，本领域技术人员也可以理解采用其他方法计算该电池的容量也是适用的。
在步骤S12中，确定电池的SOC。具体来说，可以根据电池的容量确定电池的SOC。在本实施方式中，可以使用安时积分法来确定SOC，但是本领域技术人员可以理解也可以采用其他方法计算SOC。
在步骤S13中，计算电池的开路电压。具体来说，可以根据SOC和预存的SOC与电池的开路电压的第二对应关系确定在该SOC下的电池的开路电压。
在本发明的一个实施方式中，可以使用折线法计算电池的开路电压，包括：
根据公式(2)计算电池的开路电压：
其中，Voc为计算出的电池的开路电压，SOC为在步骤S12中确定的SOC，SOC1和SOC2分别为第二对应关系中与SOC相邻的两个SOC值，Voc1和Voc2为第二对应关系中分别与SOC1和SOC2对应的电池的开路电压值。
第二对应关系可以通过检测不同SOC下的电池开路电压，以得到SOC和电池开路电压的集合的方式得到，且可以被存储(例如存储在电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)的Eeprom中)。图3示出了使用折线法计算电池的开路电压。如图3所示，D点(SOC，Voc)为以电池的SOC为横坐标、电池的开路电压值Voc为纵坐标构成的坐标系中的一点，E(SOC1，Voc1)和F(SOC2和Voc2)为与C点相邻的两个点。已知电池的SOC值，根据公式(2)计算C点的纵坐标Voc(电池的开路电压)。此外，本领域技术人员可以理解也可以采用其他方法计算该电池的开路电压。
在步骤S14中，估计电池的SOE。具体来说，可以根据电池容量、开路电压以及检测到的电池的电流来估计电池的SOE。
在本发明的一个实施方式中，可以采用安时积分法计算该电池的SOE，包括：
根据公式(3)估计电池的SOE值：
其中，C0为电池的额定容量，SOE(0)为电池初始的SOE值，SOE(t)为估计出的电池的SOE值，t为电池的放电时间，i(t)为t时间电池的电流，η为电池充放电倍率的影响因子，Voc(t)为t时间的开路电压，Voc(0)为电池充满电时的开路电压。在本实施方式中，η的值可以为1，本领域技术人员可以理解根据实际实施η可以有其他的值。此外，本领域技术人员可以理解采用其他方法计算该电池的SOE也是适用的。
在本发明的一个实施方式中，电池可以包括电池组，电池组可以包括多个电池单元。在该实施方式中，在上述步骤S10中检测电池的温度可以被实施为检测电池组的平均温度。图4是根据本发明的一实施方式的用于估计电池的SOE的方法的流程图，与图1所示的用于估计电池的SOE的方法不同的是，图1所示的步骤S10被以下步骤替换，包括：
在步骤S20中，检测多个电池单元中每个电池单元的温度。
在步骤S21中，计算电池组的平均温度，即根据检测到的每个电池单元的温度计算多个电池单元的平均温度。
图5是根据本发明的一实施方式的用于估计电池的SOE的装置的结构框图。如图5所示，该装置可以包括：处理器1、存储器2和显示器3。
该存储器2用于例如在以上实施方式中所述的第一对应关系、第二对应关系等。存储器2例如可以是不可移除存储器和/或可移除存储器。不可移除存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘或者任何其他类型的存储器存储装置。可移除存储器可以包括订户标识模块(SIM)卡、记忆棒、安全数字(SD)存储卡等。
处理器1可以用于例如执行上述实施方式中的用于估计电池SOE的方法中的步骤的一部分或全部。
例如，处理器1可以被配置成：
接收检测到的电池的温度和电池的电流；
根据温度和预存的温度与电池的容量的第一对应关系确定在该温度下电池的容量；
根据容量确定电池的SOC；
根据SOC和预存的SOC与电池的开路电压的第二对应关系确定在该SOC下的电池的开路电压；以及
根据该容量、该开路电压以及电池的电流来估计电池的SOE。
处理器1可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。
显示器3可以用于显示电池的SOE值。该显示器3可以例如是液晶显示(LCD)显示单元或者有机发光二极管(OLED)显示单元。
图6是根据本发明的另一实施方式的用于估计电池SOE的装置的结构框图。如图6所示，该装置还可以包括：温度传感器4和电流传感器5。
该温度传感器4用于检测电池的温度。温度传感器4例如可以是热敏电阻。在电池包括电池组以及电池组包括多个电池单元的实施方式中，温度传感器4包括多个温度传感器，每一个用于检测多个电池单元中的一个电池单元的温度。处理器1用于接收温度传感器4检测的电池单元的温度并计算电池单元的平均温度。
电流传感器5用于检测电池的电流。电流传感器5例如可以是霍尔电流传感器。
本发明的一实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，该指令用于在被处理器执行时使得处理器执行上述方法的步骤。
本发明的方案通过检测电池的温度，并基于电池温度因素对电池的SOE进行校正，使得SOE的估计更加准确。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于估计电池能量状态SOE的装置，其特征在于，该装置包括：
处理器，被配置成：
接收检测到的电池的温度和检测到的电池的电流；
根据所述温度和预存的温度与电池的容量的第一对应关系确定在所述温度下所述电池的容量；
根据所述容量确定所述电池的荷电状态SOC；
根据所述SOC和预存的SOC与电池的开路电压的第二对应关系确定在所述SOC下的所述电池的开路电压；以及
根据所述容量、所述开路电压以及所述电池的电流来估计所述电池的SOE。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器被配置成：
根据所述温度和所述第一对应关系使用折线法计算所述容量。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述根据所述温度和所述第一对应关系使用折线法计算所述容量包括：
根据公式(1)计算所述电池的所述容量：
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其中，y为计算出的所述容量，x为检测到的所述温度，x1和x2分别为所述第一对应关系中与所述温度x相邻的两个温度值，y1和y2为所述第一对应关系中分别与x1和x2对应的电池容量值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器被配置成：
根据所述SOC和所述第二对应关系使用折线法计算所述电池的开路电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述根据所述SOC和所述第二对应关系使用折线法计算所述电池的开路电压包括：
根据公式(2)计算所述电池的开路电压：
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其中，Voc为计算出的所述电池的开路电压，SOC为所述SOC，SOC1和SOC2分别为所述第二对应关系中与所述SOC相邻的两个SOC值，Voc1和Voc2为所述第二对应关系中分别与SOC1和SOC2对应的电池的开路电压值。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器被配置成：根据所述容量、所述开路电压以及所述电池的电流使用安时积分法估计所述电池的SOE值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述根据所述容量、所述开路电压以及所述电池的电流使用安时积分法估计所述电池的SOE值包括：
根据公式(3)估计所述电池的SOE值：
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其中，C0为所述电池的额定容量，SOE(0)为所述电池初始的SOE值，SOE(t)为估计出的所述电池的SOE值，t为所述电池的放电时间，i(t)为在t时间的所述电池的电流，η为所述电池充放电倍率的影响因子，Voc(t)为在t时间的所述开路电压，Voc(0)为所述电池充满电时的开路电压。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
温度传感器，被配置成检测所述电池的温度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述电池包括电池组，所述电池组包括多个电池单元，所述温度传感器包括多个温度传感器，所述多个温度传感器分别被配置成检测所述多个电池单元中每个电池单元的温度；
所述处理器还被配置成根据检测到的所述每个电池单元的温度计算所述多个电池单元的平均温度。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
电流传感器，被配置成检测所述电池的电流；
存储器，被配置成存储所述第一对应关系和所述第二对应关系。
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