CN108445400A - 一种电池组剩余充电时间估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池组剩余充电时间估算方法,包括:计算预加热充电时间,检测电池组中各电池单体的实时温度,若检测到电池单体的实时温度中的最低值Tmin低于设定的充电最低温度,则需要进行预加热将电池单体加热至设定的目标温度Ttarget,按照预设的加热温升速率△T进行加热，则预加热充电时间TIME1=△T×(Ttarget‑Tmin)；若电池组的实时温度大于设定的充电最低温度，则TIME1=0；计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2；计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3；计算电池组剩余充电时间T=TIME1+TIME2+TIME3。

Description

一种电池组剩余充电时间估算方法
技术领域
本发明涉及电池组应用领域，尤其涉及一种电池组剩余充电时间估算方法。
背景技术
在电动汽车领域，对电池组进行充电是用户经常进行的操作，而电动汽车上通常会对电池组剩余充电时间，即还需多久才可将电池组充满进行估算，再显示给用户。
目前对电池组剩余充电时间的估算方法都是结合电池组的充电模式进行叠加估算。当前主要的充电模式及方法是恒流-恒压方式，然后分别计算恒流模式-恒压模式所需要的充电剩余时间，再进行相加估算出电池组总的剩余充电时间。
其缺点和不足在于：目前剩余充电时间估算方法中，从总的充电模式上只考虑了正常充电模式即先恒流模式，再恒压模式。然而现在电池在充电时很多时候在低温时候需要进行预加热，加热充电模式也需要加到整个剩余充电时间里。同时恒流、恒压模式充电时，估算剩余充电时间都是直接采用当前SOC值来估算到充满需要充进的实际容量，再除以当前充电电流而估算出剩余充电时间。如果开始当前SOC值误差比较大，这样估算出的剩余时间会误差比较大，并且充满的容量都是直接用的电池组额定容量，未考虑电池组衰减后的实际容量。同时当前电流因为测量的误差的原因，会进行频繁的波动，这样造成估算的剩余充电时间同样会产生较大的跳动，这样估算出的剩余充电时间，明显会给用户带来一种比较差的体验。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电池组剩余充电时间估算方法,包括:
计算预加热充电时间,检测电池组中各电池单体的实时温度,若检测到电池单体的实时温度中的最低值Tmin低于设定的充电最低温度,则需要进行预加热将电池单体加热至设定的目标温度Ttarget,按照预设的加热温升速率△T进行加热，则预加热充电时间TIME1=△T×(Ttarget-Tmin)；若电池组的实时温度大于设定的充电最低温度，则TIME1=0；
计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2；
计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3；
计算电池组剩余充电时间T= TIME1+ TIME2+ TIME3。
优选的，计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2时,恒流充电时间TIME2为恒流充电阶段需充进的容量Qhl除以恒流阶段充电电流I1；计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3时,恒压充电时间TIME3为恒压充电阶段需充进的容量Qhy除以恒压阶段充电电流I2；
计算恒流充电阶段需充进的容量Qhl=电池实际额定容量Qsj-当前剩余容量Qsy-恒压充电阶段需充进的容量Qhy；
测定电池健康度SOH，计算电池实际额定容量Qsj=电池额定容量Qed×电池健康度SOH；
确定实际荷电状态SOC9,计算当前剩余容量Qsy=实际荷电状态SOC9×电池实际额定容量Qsj；
预设百分比H，恒流充电阶段将电池组的容量充至电池实际额定容量Qsj×（1-百分比H） 时转向恒压充电阶段，因此恒压充电阶段需充进的容量Qhy=电池实际额定容量Qsj×百分比 H。
进一步的，所述百分比H为2%~5%。
进一步的，确定实际荷电状态SOC9时,预设一基准值△SOC；实时测量电池组中各电池单体的电压，根据电池组中各电池单体的电压的最高值确定对应的第一荷电状态SOC1；再计算电池组中各电池单体的电压平均值，通过各电池单体的电压平均值确定对应的第二荷电状态SOC2；若第二荷电状态SOC2和第一荷电状态SOC1之差大于或等于预设的基准值△SOC，则确定实际荷电状态SOC9=第一荷电状态SOC1，否则确定实际荷电状态SOC9=第二荷电状态SOC2。
作为另一种优选的方案，确定实际荷电状态SOC9时,预设一基准值△SOC,记录电池组上一次充放电后电池组的SOC值,作为第三荷电状态SOC3;
记录电池组从上一次运行关机时间到本次开始充电开机时间的时间间隔t,设定第一基准时间T1，第二基准时间T2；若时间间隔t≥第一基准时间T1,设为静态工况，若时间间隔t＜第一基准时间T1，设为动态工况；
实时测量电池组中各电池单体的电压及电池组的已充电时间,在静态工况下，根据电池组中各电池单体的电压的最高值通过电池的静态SOC-OCV表确定对应的第四荷电状态SOC4 ；在动态工况且已充电时间大于第二基准时间T2时，根据电池组中各电池单体的电压的最高值及当前的充电倍率，通过查询不同充电倍率下的动态SOC-OCV表来确定对应的第四荷电状态SOC4；在静态工况下，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；
在动态工况下，若已充电时间未超过第二基准时间T2时，实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；已充电时间超过第二基准时间T2时，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3。
进一步的，所述第一基准时间T1为1小时，第二基准时间T2为1分钟。
进一步的，所述基准值△SOC=2%。
进一步的，所述恒流阶段充电电流I1为电池组恒流充电阶段在单位时间TIME4内的平均电流；所述恒压阶段充电电流I2为电池组恒压充电阶段在单位时间TIME4内的平均电流。
进一步的，所述单位时间TIME4为2S。
优选的，所述目标温度Ttarget可设定为充电最低温度；也可预先设定一临界值Tlow及两个不同的目标值Ttarget1和Ttarget2, Ttarget1> Ttarget2，若电池组开始充电时，Tmin≤Tlow，则Ttarget= Ttarget1; 若电池组开始充电，Tmin>Tlow, 则Ttarget=Ttarget2。
本发明在对电池组剩余充电时间进行估算时，将对电池组进行预加热的时间纳入，可提高电池组剩余充电时间显示的准确性，使得使用者能够更好的把握电池组充电时间。
不仅如此，在计算恒流充电时间和恒压充电时间时，通过电池健康度SOH对电池实际额定容量进行修正，充分考虑电池组的容量衰减；实时测量电池组中各电池单体的电压，分别通过电压最高值和平均值确定相应SOC值，再通过与基准值△SOC进行比较，对实际荷电状态SOC9进行设定；或通过电池组静态工况、动态工况的判断及电池组的历史SOC值记录，并综合考量已充电时间、第一基准时间T1、第二基准时间T2等，查找对应SOC值，再与基准值△SOC进行比较，设定实际荷电状态SOC9，以减小实际荷电状态SOC9的误差，进一步减小估算电池组剩余充电时间的误差；采用单位时间内的平均电流作为恒流阶段充电电流I1、恒压阶段充电电流I2来进行计算，减少充电电流波动的影响，从而避免电池组剩余充电时间在显示给用户时频繁跳变。
具体实施方式
为方便本领域的技术人员了解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
在具体实施时，对电池组剩余充电时间进行估算,先计算预加热充电时间,检测电池组中各电池单体的实时温度,若检测到电池单体的实时温度中的最低值Tmin低于设定的充电最低温度,则需要进行预加热,将电池单体加热至设定的目标温度Ttarget, 目标温度Ttarget可直接按充电最低温度设置, Ttarget也可根据加热初始时Tmin所处于的温度区间，设定不同值Ttarget1和Ttarget2, Ttarget1> Ttarget2。如果开始充电加热时，Tmin<=Tlow, Ttarget= Ttarget1;如果开始充电加热时，Tmin>Tlow, Ttarget= Ttarget2， 。其中Tlow是标识低温环境的临界值，一个定值，比如可设定Tlow= -10℃，也就是如果开始加热时，如果Tmin在-10度以下，电池加热的目标值可设定为10℃（Ttarget1），如果Tmin在-10度以上，电池加热的目标值设定为5℃（Ttarget2）这样根据电池最低温度Tmin的温度区间，灵活调整加热时间，减少电池预热时间。由于电池组的加热是按照预设的加热温升速率△T进行加热，则可以计算预加热充电时间TIME1=△T×(Ttarget-Tmin)；若电池组的实时温度大于设定的充电最低温度，则TIME1=0,即不需计算预加热充电时间TIME1。
计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2，恒流充电时间TIME2为恒流充电阶段需充进的容量Qhl除以恒流阶段充电电流I1；
恒流充电阶段需充进的容量Qhl=电池实际额定容量Qsj-当前剩余容量Qsy-恒压充电阶段需充进的容量Qhy；
测定电池健康度SOH，即可计算电池实际额定容量Qsj=电池额定容量Qed×电池健康度SOH；由于电池组的长期使用会产生衰减，往往达不到电池出厂时所标的电池额定容量，因此通过引入电池健康度SOH进行计算，可有效反映电池容量的真实状态。
确定实际荷电状态SOC9,即可计算当前剩余容量Qsy=实际荷电状态SOC9×电池实际额定容量Qsj；其中确定实际荷电状态SOC9时,预设一基准值△SOC=2%；实时测量电池组中各电池单体的电压，根据电池组中各电池单体的电压的最高值确定对应的第一荷电状态SOC1；再计算电池组中各电池单体的电压平均值，通过各电池单体的电压平均值确定对应的第二荷电状态SOC2；若第二荷电状态SOC2和第一荷电状态SOC1之差大于或等于2%，则确定实际荷电状态SOC9=第一荷电状态SOC1，否则确定实际荷电状态SOC9=第二荷电状态SOC2。这样可以有效减少实际荷电状态SOC9的误差。
确定实际荷电状态SOC9时，还可有另一种优选的方案，预设一基准值△SOC=2%,记录电池组上一次充放电后电池组的SOC值,作为第三荷电状态SOC3;记录电池组从上一次运行关机时间到本次开始充电开机时间的时间间隔t,设定第一基准时间T1为1小时，第二基准时间T2为一分钟；若时间间隔t≥第一基准时间T1,设为静态工况，若时间间隔t＜第一基准时间T1，设为动态工况；实时测量电池组中各电池单体的电压及电池组的已充电时间,在静态工况下，根据电池组中各电池单体的电压的最高值通过电池的静态SOC-OCV表确定对应的第四荷电状态SOC4 ；在动态工况且已充电时间大于第二基准时间T2时，根据电池组中各电池单体的电压的最高值及当前的充电倍率，通过查询不同充电倍率下的动态SOC-OCV表来确定对应的第四荷电状态SOC4；在静态工况下，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；在动态工况下，若已充电时间未超过第二基准时间T2时，实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；已充电时间超过第二基准时间T2时，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3。
计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3，恒压充电时间TIME3为恒压充电阶段需充进的容量Qhy除以恒压阶段充电电流I2；在电池的充电过程中，通常是预设百分比H，恒流充电阶段将电池组的容量充至电池实际额定容量Qsj×（1-百分比H） 时转向恒压充电阶段，因此恒压充电阶段需充进的容量Qhy=电池实际额定容量Qsj×百分比 H；百分比H可设为5%。
为避免充电电流的波动对计算结果造成影响而产生频繁跳变，恒流阶段充电电流I1为电池组恒流充电阶段2S时间内的平均电流；恒压阶段充电电流I2为电池组恒压充电阶段单位时间2S时间内的平均电流。
最后，根据上述计算结果，计算电池组剩余充电时间T= TIME1+ TIME2+ TIME3。
以上为本发明的具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池组剩余充电时间估算方法,包括:
计算预加热充电时间,检测电池组中各电池单体的实时温度,若检测到电池单体的实时温度中的最低值Tmin低于设定的充电最低温度,则需要进行预加热将电池单体加热至设定的目标温度Ttarget,按照预设的加热温升速率△T进行加热，则预加热充电时间TIME1=△T×(Ttarget-Tmin)；若电池组的实时温度大于设定的充电最低温度，则TIME1=0；
计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2；
计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3；
计算电池组剩余充电时间T= TIME1+ TIME2+ TIME3。
2.依据权利要求1所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：计算电池组恒流充电阶段所需的恒流充电时间TIME2时,恒流充电时间TIME2为恒流充电阶段需充进的容量Qhl除以恒流阶段充电电流I1；计算电池组恒压充电阶段所需的恒压充电时间TIME3时,恒压充电时间TIME3为恒压充电阶段需充进的容量Qhy除以恒压阶段充电电流I2；
计算恒流充电阶段需充进的容量Qhl=电池实际额定容量Qsj-当前剩余容量Qsy-恒压充电阶段需充进的容量Qhy；
测定电池健康度SOH，计算电池实际额定容量Qsj=电池额定容量Qed×电池健康度SOH；
确定实际荷电状态SOC9,计算当前剩余容量Qsy=实际荷电状态SOC9×电池实际额定容量Qsj；
预设百分比H，恒流充电阶段将电池组的容量充至电池实际额定容量Qsj×（1-百分比H） 时转向恒压充电阶段，因此恒压充电阶段需充进的容量Qhy=电池实际额定容量Qsj×百分比 H。
3.依据权利要求2所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：所述百分比H为2%~5%。
4.依据权利要求2所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：确定实际荷电状态SOC9时,预设一基准值△SOC,实时测量电池组中各电池单体的电压，根据电池组中各电池单体的电压的最高值确定对应的第一荷电状态SOC1；再计算电池组中各电池单体的电压平均值，通过各电池单体的电压平均值确定对应的第二荷电状态SOC2；若第二荷电状态SOC2和第一荷电状态SOC1之差大于或等于预设的基准值△SOC，则确定实际荷电状态SOC9=第一荷电状态SOC1，否则确定实际荷电状态SOC9=第二荷电状态SOC2。
5.依据权利要求2所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：确定实际荷电状态SOC9时,预设一基准值△SOC,记录电池组上一次充放电后电池组的SOC值,作为第三荷电状态SOC3;
记录电池组从上一次运行关机时间到本次开始充电开机时间的时间间隔t,设定第一基准时间T1，第二基准时间T2；若时间间隔t≥第一基准时间T1,设为静态工况，若时间间隔t＜第一基准时间T1，设为动态工况；
实时测量电池组中各电池单体的电压及电池组的已充电时间,在静态工况下，根据电池组中各电池单体的电压的最高值通过电池的静态SOC-OCV表确定对应的第四荷电状态SOC4 ；在动态工况且已充电时间大于第二基准时间T2时，根据电池组中各电池单体的电压的最高值及当前的充电倍率，通过查询不同充电倍率下的动态SOC-OCV表来确定对应的第四荷电状态SOC4；
在静态工况下，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；
在动态工况下，若已充电时间未超过第二基准时间T2时，实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3；已充电时间超过第二基准时间T2时，若第三荷电状态SOC3和第四荷电状态SOC4的差值超过基准值△SOC，则实际荷电状态SOC9=第四荷电状态SOC4，否则实际荷电状态SOC9=第三荷电状态SOC3。
6.依据权利要求5所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：所述第一基准时间T1为1小时，第二基准时间T2为1分钟。
7.依据权利要求4或5所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：所述基准值△SOC=2%。
8.依据权利要求2所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：
所述恒流阶段充电电流I1为电池组恒流充电阶段在单位时间TIME4内的平均电流；所述恒压阶段充电电流I2为电池组恒压充电阶段在单位时间TIME4内的平均电流。
9.依据权利要求8所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：所述单位时间TIME4为2S。
10.依据权利要求1所述电池组剩余充电时间估算方法，其特征在于：所述目标温度Ttarget可设定为充电最低温度；也可预先设定一临界值Tlow及两个不同的目标值Ttarget1和Ttarget2, Ttarget1> Ttarget2，若电池组开始充电时，Tmin≤Tlow，则Ttarget= Ttarget1; 若电池组开始充电，Tmin>Tlow, 则Ttarget= Ttarget2。
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