CN108663619B - 确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备，涉及电池领域。该确定电池工作电压曲线的方法，包括：根据电池的电化学测试结果，建立RC等效电路模型；按照RC等效电路模型，得到工作电压模型；采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的各个内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型；利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值；由确定的常数参数的值、电化学模型和工作电压模型，得到预测的工作电压曲线。能够提高根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。

Description

确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备。

背景技术

随着新能源的广泛使用，电池作为动力源也应用在了各个领域中。随着电池应用领域越来越广泛，对电池性能的要求也越来越严格。在电池管理系统(BMS，BatteryManagement System)中，对电池的工作电压的预测计算是BMS的核心工作之一。

目前，可通过建立工作电压计算模型，得到电池的工作电压曲线，从而实现预测电池的工作电压。但建立的工作电压计算模型没有考虑电池的工作温度。通过工作电压计算模型得到的工作电压曲线只适用于某一个较小的温度范围。当电池的工作温度与适用的温度范围相差较大时，根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度会大幅度降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备，能够提高根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的方法，包括：根据电池的电化学测试结果，建立电池的RC等效电路模型；按照RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型；采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型；利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值；由确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

第二方面，本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的装置，包括：等效电路模型建立模块，被配置为根据电池的电化学测试结果，建立电池的RC等效电路模型；工作电压模型获取模块，被配置为按照RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型；测量曲线获取模块，采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；电化学模型建立模块，被配置为设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型；拟合模块，被配置为利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值；工作电压曲线获取模块，被配置为由确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

第三方面，本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的设备，包括：存储器、处理器、通信接口和总线；存储器、处理器和通信接口通过总线连接并完成相互间的通信；存储器用于存储程序代码；处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于执行一种电池工作电压曲线的确定方法，其中，电池工作电压曲线的确定方法包括：根据电池的电化学测试结果，建立电池的RC等效电路模型；按照RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型；采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型；利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值；由确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备，建立RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型。并采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。通过设置常数参数，根据RC等效电路中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态等参数，建立电化学模型。将测量工作电压曲线、电化学模型结合实时开路电压进行拟合计算，确定常数参数的值。从而根据常数参数的值、电化学模型和工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。由于电化学模型中引入了工作温度，因此不同的工作温度对应有不同电化学模型，从而使得不同的温度对应有不同的工作电压曲线。利用本发明实施例得到的工作电压曲线，在各种工作温度下，都能够根据工作电压曲线预测得到的更精确的工作电压。从而提高了根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的方法的流程图；

图2为本发明一实施例中电池在电化学测试中极化内阻响应的示意图；

图3为本发明一实施例中建立的RC等效电路模型的示意图；

图4为本发明一实施例一示例中的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图5为本发明另一实施例确定电池工作电压曲线的方法的流程图；

图6为本发明另一实施例一示例中的25℃下的荷电状态与开路电压的对应曲线示意图；

图7为本发明实施例BEV电池在25℃下的荷电状态与开路电压的对应关系曲线示意图；

图8为本发明实施例BEV电池在25℃下以30A工作电流进行充电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图9为本发明实施例BEV电池在25℃下以100A工作电流进行充电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图10为本发明实施例根据表一中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以50A工作电流进行充电的工作电压曲线的示意图；

图11为本发明实施例根据表一中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以70A工作电流进行充电的工作电压曲线的示意图；

图12为本发明实施例BEV电池在25℃下以30A工作电流进行放电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图13为本发明实施例BEV电池在25℃下以100A工作电流进行放电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图14为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以50A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图；

图15为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以70A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图；

图16为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在10℃下以10A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图；

图17为本发明实施例PHEV电池在25℃下的工作电流曲线、测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图；

图18为本发明实施例PHEV电池在25℃下的工作电流曲线和荷电状态曲线的示意图；

图19为本发明实施例根据表三中常数参数的值得到的PHEV电池在25℃下以另一种工作电流工作的工作电压曲线的示意图；

图20为本发明实施例根据表三中常数参数的值得到的PHEV电池在25℃下以另一种工作电流工作的荷电状态曲线的示意图；

图21为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的装置的结构示意图；

图22为本发明另一实施例中确定电池工作电压曲线的装置的结构示意图；

图23为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的方法、装置和设备，利用电化学测试，并建立多个模型，比如RC等效电路模型、工作电压模型、电化学模型。利用多个模型、得到的测量工作电压曲线以及实时开路电压，通过拟合计算，得到电池的工作电压曲线。得到的电池的工作电压曲线与工作温度直接相关。在实际应用中，输入不同的工作温度，便可以得到该工作温度下的电池的工作电压曲线。不同的工作温度可对应电池不同的工作电压曲线。提高了得到工作电压曲线的精确度，从而提高了根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。需要说明的是，本发明实施例中的电池可以为正极和负极均能脱出且接收载能粒子的电池，比如锂离子电池等，在此并不限定。从规模而言，电池可以为电芯单体，也可以是电池模组或电池包，在此不做限定。

图1为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的方法的流程图。如图1所示，确定电池工作电压曲线的方法包括步骤101-步骤106。

在步骤101中，根据电池的电化学测试结果，建立电池的RC等效电路模型。

其中，对电池进行电化学测试，能够得到电池的欧姆内阻、电化学反应极化内阻和浓差极化内阻。也就是说，电化学测试结果包括欧姆内阻、电化学反应极化内阻和浓差极化内阻。在一个示例中，电化学测试具体可以为电化学交流阻抗(EIS，ElectrochemicalImpedance Spectroscopy)测试。

图2为本发明一实施例中电池在电化学测试中极化内阻响应的示意图。其中，横坐标表示电化学阻抗谱实部，代表本征电阻，纵坐标表示电化学阻抗谱虚部，代表电容电阻。频率响应范围设置为100KHz至0.01Hz，由于电池极化内阻频率响应差异，因此，图2中的半圆与X轴第一个交点为欧姆内阻R_s，欧姆内阻R_s的响应频率f为1000HZ。半圆直径为电化学反应极化内阻R_ct，电化学反应极化内阻R_ct的响应频率f范围为1000Hz至1HZ，而电芯浓差极化内阻R_w的响应频率f在1HZ以下。该电池内阻响应顺序分别为欧姆内阻R_s、电化学反应极化内阻R_ct和浓差极化内阻R_w。

图3为本发明一实施例中建立的RC等效电路模型的示意图。如图3所示，U_oc为开路电压，U_t为工作电压，C_dl为电化学反应双电层电容，C_w为浓差极化电荷积累等效电容，I为工作电流，U₁为电化学反应极化内阻R_ct所产生的分压，U₂为浓差极化内阻R_w所产生的分压。

在步骤102中，按照RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型。

其中，在步骤101中得到了RC等效电路模型，按照RC等效电路模型，可以计算得到电池的工作电压模型。电池的工作电压模型可以是按照RC等效电路模型的结构对电池的工作电压进行计算的方法模型。工作电压模型与开路电压U_oc、工作电流I、欧姆内阻R_s、电化学反应极化内阻R_ct、浓差极化内阻R_w、电化学反应双电层电容C_dl和浓差极化电荷积累等效电容C_w等参数相关。

在步骤103中，采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。

其中，测量工作电压曲线为在一个工作环境下采集测量得到的工作电压曲线。在一个示例中，可以利用充放电机来采集电池的工作电压。需要说明的是，为了保证后续拟合计算的准确性以及通过拟合计算得到的常数参数的值的通用性，可采集尽量多的工作电压，以完善测量工作电压曲线。

在步骤104中，设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型。需要说明的是，RC等效电路模型的电化学模型包括RC等效电路元件参数表达方程。

其中，在步骤104中设置的常数参数的值是未知的，需要在后续过程中确定常数参数的值。工作电流、工作温度以及荷电状态均可以测量或计算得到。比如，荷电状态可以采用安时积分法计算得到，具体的，可以通过公式(1)计算得到荷电状态：

其中，SOC为荷电状态，SOC₀为电池初始荷电状态，t为时间，I(t)为工作电流与时间的关系表达式，C₀为电池额定容量。

电化学模型中引入了工作温度，将工作温度作为电化学模型中的影响因素之一。在后续步骤中得到的电池的工作电压曲线与工作温度相关。不同的工作温度对应不同的工作电压曲线，从而在根据工作电压曲线预测工作电压时，能够得到当前工作温度下的更精确的工作电压。

在步骤105中，利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值。

其中，在步骤103中得到了测量工作电压曲线，利用测量工作电压曲线、电化学模型与实时开路电压进行拟合计算，从而确定常数参数。也就是说，能够确定常数参数的值。

实时开路电压为实时获取到的开路电压。将实时开路电压输入电池的工作电压模型，并利用工作电压模型涉及的参数，就可以计算得到工作电压。

在步骤106中，由确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

其中，综合考虑确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。需要说明的是，在步骤106中的常数参数为常数值。在一个示例中，可以将常数参数的值和电化学模型代入电池的工作电压模型，从而得到电池的工作电压曲线。

电池的工作电压曲线是工作电压U_t与时间t的关系曲线。还可以将电池的工作电压曲线转化为电池工作的荷电状态曲线或其他工作状态曲线，在此并不限定。根据荷电状态曲线，可以预测电池工作的荷电状态。根据其他工作状态曲线，也可以预测电池的其他工作状态。

比如，图4为本发明一实施例一示例中的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。其中，横坐标表示时间，纵坐标表示工作电压。由于工作电压曲线是根据确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型得到的，而常数参数的值是利用电化学模型与测量工作电压曲线拟合计算得到的。因此，工作电压曲线与测量工作电压曲线基本重合。

本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的方法，建立RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型。并采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。通过设置常数参数，根据RC等效电路中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态等参数，建立电化学模型。将测量工作电压曲线、电化学模型结合实时开路电压进行拟合计算，确定常数参数的值。从而根据常数参数的值、电化学模型和工作电压模型，计算得到电池的工作电压曲线。由于电化学模型中引入了工作温度，因此不同的工作温度对应有不同电化学模型，从而使得不同的温度对应有不同的工作电压曲线。利用本发明实施例得到的工作电压曲线，在各种工作温度下，都能够根据工作电压曲线预测得到的更精确的工作电压。从而提高了根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。

在上述实施例中的一个示例中，电池的工作电压模型可包括公式(2)至公式(5)，如下：

U_t＝U_oc±I×R_s±U₁±U₂ (4)

具体的，根据电池处于充电状态还是放电状态，可设置有不同的工作电压模型。比如，工作电压模型可包括充电工作电压模型和放电工作电压模型。若电池处于充电状态，则充电工作电压模型包括公式(2)、公式(3)、公式(6)和公式(7)。其中，公式(6)与公式(4)对应，公式(7)与公式(5)对应。公式(6)和公式(7)分别为：

U_t＝U_oc+I×R_s+U₁+U₂ (6)

若电池处于放电状态，则放电工作电压模型包括公式(2)、公式(3)、公式(8)和公式(9)。其中，公式(8)与公式(4)对应，公式(9)与公式(5)对应。公式(8)和公式(9)分别为：

U_t＝U_oc-I×R_s-U₁-U₂ (8)

在另一个示例中，RC等效电路模型的电化学模型可包括下面的公式(10)至公式(14)：

R_s＝a1×SOC^a2×e^T×a3 (10)

R_ct＝b1×SOC^b2×e^T×b3 (11)

C_dl＝c1×SOC^c2×e^T×c3 (12)

R_w＝d1×SOC^d2×e^I×d3×e^T×d4 (13)

C_w＝f1×SOC^f2×e^I×f3×e^T×f4 (14)

其中，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3、d4、f1、f2、f3和f4均为常数参数，R_s为欧姆内阻，R_ct为电化学反应极化内阻，C_dl为电化学反应双电层电容，R_w为浓差极化内阻，C_w为浓差极化电荷积累等效电容，SOC为荷电状态，I为工作电流，T为工作温度。

根据上述示例中的公式(1)至公式(14)，可以得到电池的工作电压曲线。

图5为本发明另一实施例确定电池工作电压曲线的方法的流程图。图5与图1的不同之处在于，图5中的确定电池工作电压曲线的方法还包括步骤107-步骤109，图3中的步骤106还可以细化为图5中的步骤1061和步骤1062。

在步骤107中，在不同的荷电状态下采集电池的开路电压，并建立荷电状态与开路电压的对应关系库。

其中，由于工作温度对开路电压影响不大，因此，可以在某一工作温度下采集不同荷电状态对应的开路电压，从而建立荷电状态与开路电压的对应关系库。比如，可以在25℃的工作温度下采集不同荷电状态对应的开路电压。

荷电状态与开路电压的对应关系库中存储有荷电状态与开路电压的对应关系。在一个示例中，荷电状态与开路电压的对应关系可以表示为荷电状态与开路电压的对应曲线。比如，图6为本发明另一实施例一示例中的25℃下的荷电状态与开路电压的对应曲线示意图。其中，横坐标表示荷电状态，纵坐标表示开路电压。

需要说明的是，为了保证荷电状态与开路电压的对应关系更加精确，可获取尽量多的不同荷电状态下采集的电池的开路电压。

在步骤108中，获取电池的实时荷电状态，在荷电状态与开路电压的对应关系库中查找与实时荷电状态对应的开路电压。

其中，在确定电池的工作电压曲线的过程中，需要利用实时开路电压。实时开路电压可以在获取到电池的实时荷电状态后，将在荷电状态与开路电压的对应关系库中查找到的与实时荷电状态对应的开路电压作为实时开路电压。在一个示例中，实时荷电状态可以利用上述公式(1)计算得到。

在步骤109中，将与实时荷电状态对应的开路电压作为实时开路电压。

在步骤1061中，由确定的常数参数和电化学模型，得到确定的电化学模型。

其中，电化学模型中具有未知的常数参数的值，根据确定的常数参数的值，可以得到确定的电化学模型。在一个示例中，可以将确定的常数参数的值带入电化学模型，从而得到确定的电化学模型。

在步骤1062中，根据确定的电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

其中，电池的工作电压模型中具有电化学模型中的参数，根据确定的电化学模型，可以得到电池的工作电压曲线。在一个示例中，可以将确定的电化学模型带入工作电压模型，从而得到工作电压曲线。比如，可以将上述实施例中的得到确定的常数参数的公式(10)至公式(14)带入公式(5)、公式(7)或公式(9)，从而得到工作电压曲线。

下面分别以工作电流能力为10Ah的BEV(Blade Electric Vehicle，电动汽车)电池进行充电、工作电流能力为10Ah的BEV电池进行放电，以及PHEV(Plug-in HybridElectric Vehicle，插电式混合动力汽车)电池为例，来说明确定工作电压曲线的方法。

在第一个示例中，以工作电流能力为10Ah的BEV电池进行充电为例进行说明。

根据BEV电池的电化学测试结果，建立BEV电池的RC等效电路模型。按照RC等效电路模型，得到BEV电池的工作电压模型。采集BEV电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。比如，图7为本发明实施例BEV电池在25℃下的荷电状态与开路电压的对应关系曲线示意图，其中横坐标表示荷电状态，纵坐标表示开路电压。还需要设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型。利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值。实时开路电压可以利用荷电状态在预先建立的荷电状态与开路电压的对应关系库中查找得到。由确定的常数参数的值、电化学模型和BEV电池的工作电压模型，计算得到BEV电池的工作电压曲线。具体运算可以利用上述的公式(1)至公式(14)。

需要注意的是，由于BEV电池进行充电，因此，采用工作电压模型中的充电工作电压模型。

比如，图8为本发明实施例BEV电池在25℃下以30A工作电流进行充电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。图9为本发明实施例BEV电池在25℃下以100A工作电流进行充电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。由图8和图9可以得到，测量工作电压曲线和工作电压曲线基本重合。

可以利用不同工作电流下的测量工作电压曲线与工作电压曲线的拟合计算，共同确定出常数参数的值。进一步提高常数参数的值的精确度，从而使得到的工作电压曲线更加准确。比如，表一为得到图8和图9所示的测量工作电压曲线与工作电压曲线进行拟合计算所确定的常数参数的值。

表一

根据表一中所确定的常数参数的值，可以结合电化学模型和BEV电池的工作电压模型，得到其他工作电流和/或工作温度下的工作电压曲线。比如，图10为本发明实施例根据表一中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以50A工作电流进行充电的工作电压曲线的示意图。图11为本发明实施例根据表一中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以70A工作电流进行充电的工作电压曲线的示意图。

在第二个示例中，以工作电流能力为10Ah的BEV电池进行放电为例进行说明。

根据BEV电池的电化学测试结果，建立BEV电池的RC等效电路模型。按照RC等效电路模型，得到BEV电池的工作电压模型。采集BEV电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。还需要设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型。利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值。实时开路电压可以利用荷电状态在预先建立的荷电状态与开路电压的对应关系库中查找得到。由确定的常数参数的值、电化学模型和BEV电池的工作电压模型，计算得到BEV电池的工作电压曲线。具体运算可以利用上述的公式(1)至公式(14)。

需要注意的是，由于BEV电池进行放电，因此，采用工作电压模型中的放电工作电压模型。

比如，图12为本发明实施例BEV电池在25℃下以30A工作电流进行放电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。图13为本发明实施例BEV电池在25℃下以100A工作电流进行放电的测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。由图12和图13可以得到，测量工作电压曲线和工作电压曲线基本重合。

可以利用不同工作电流下的测量工作电压曲线与工作电压曲线的拟合计算，共同确定出常数参数的值。进一步提高常数参数的值的精确度，从而使得到的工作电压曲线更加准确。比如，表二为得到图12和图13所示的测量工作电压曲线与工作电压曲线进行拟合计算所确定的常数参数的值。

表二

根据表二中所确定的常数参数的值，可以结合电化学模型和BEV电池的工作电压模型，得到其他工作电流和/或工作温度下的工作电压曲线。比如，图14为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以50A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图。图15为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在25℃下以70A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图。图16为本发明实施例根据表二中常数参数的值得到的BEV电池在10℃下以10A工作电流进行放电的工作电压曲线的示意图。

在第三个示例中，以PHEV电池为例进行说明。

根据PHEV电池的电化学测试结果，建立PHEV电池的RC等效电路模型。按照RC等效电路模型，得到PHEV电池的工作电压模型。采集PHEV电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。还需要设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型。利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值。实时开路电压可以利用荷电状态在预先建立的荷电状态与开路电压的对应关系库中查找得到。由确定的常数参数的值、电化学模型和PHEV电池的工作电压模型，计算得到PHEV电池的工作电压曲线。具体运算可以利用上述的公式(1)至公式(14)。

比如，图17为本发明实施例PHEV电池在25℃下的工作电流曲线、测量工作电压曲线和工作电压曲线的示意图。还可以根据工作电压曲线得到对应的荷电状态曲线。图18为本发明实施例PHEV电池在25℃下的工作电流曲线和荷电状态曲线的示意图，且图18可以由图17转化得到。由图17可以得到，测量工作电压曲线和工作电压曲线基本重合。

表三为得到图17所示的测量工作电压曲线与工作电压曲线进行拟合计算所确定的常数参数的值。

表三

根据表三中所确定的常数参数的值，可以结合电化学模型和PHEV电池的工作电压模型，得到其他工作电流和/或工作温度下的工作电压曲线。通过进一步转化，还可以得到其他工作电流和/或工作温度下的荷电状态曲线。比如，图19为本发明实施例根据表三中常数参数的值得到的PHEV电池在25℃下以另一种工作电流工作的工作电压曲线的示意图。图20为本发明实施例根据表三中常数参数的值得到的PHEV电池在25℃下以另一种工作电流工作的荷电状态曲线的示意图。

图21为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的装置200的结构示意图。如图21所示，确定电池工作电压曲线的装置200包括等效电路模型建立模块201、工作电压模型获取模块202、测量曲线获取模块203、电化学模型建立模块204、拟合模块205和工作电压曲线获取模块206。

其中，等效电路模型建立模块201，可被配置为根据电池的电化学测试结果，建立电池的RC等效电路模型。

工作电压模型获取模块202，可被配置为按照RC等效电路模型，得到电池的工作电压模型。

测量曲线获取模块203，可被配置为采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。

电化学模型建立模块204，可被配置为设置常数参数，并根据RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立RC等效电路模型的电化学模型。

拟合模块205，可被配置为利用测量工作电压曲线、电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定常数参数的值。

工作电压曲线获取模块206，可被配置为由确定的常数参数的值、电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

本发明实施例提供了一种确定电池工作电压曲线的装置200，通过等效电路模型建立模块201建立RC等效电路模型，由工作电压模型获取模块202得到电池的工作电压模型。测量曲线获取模块203采集电池的工作电压，得到测量工作电压曲线。电化学模型建立模块204设置常数参数，根据RC等效电路中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态等参数，建立电化学模型。拟合模块205将测量工作电压曲线、电化学模型结合实时开路电压进行拟合计算，确定常数参数的值。从而利用工作电压曲线获取模块206根据常数参数的值、电化学模型和工作电压模型，计算得到电池的工作电压曲线。由于电化学模型中引入了工作温度，因此不同的工作温度对应有不同电化学模型，从而使得不同的温度对应有不同的工作电压曲线。利用本发明实施例得到的工作电压曲线，在各种工作温度下，都能够根据工作电压曲线预测得到的更精确的工作电压。从而提高了根据工作电压曲线预测得到的工作电压的精确度。

在一个示例中，RC等效电路模型的电化学模型包括：

R_s＝a1×SOC^a2×e^T×a3，

R_ct＝b1×SOC^b2×e^T×b3，

C_dl＝c1×SOC^c2×e^T×c3，

R_w＝d1×SOC^d2×e^I×d3×e^T×d4，

C_w＝f1×SOC^f2×e^I×f3×e^T×f4；

其中，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3、d4、f1、f2、f3和f4均为常数参数，R_s为欧姆内阻，R_ct为电化学反应极化内阻，C_dl为电化学反应双电层电容，R_w为浓差极化内阻，C_w为浓差极化电荷积累等效电容，SOC为荷电状态，I为工作电流，T为工作温度。

图22为本发明另一实施例中确定电池工作电压曲线的装置200的结构示意图。图22与图21的不同之处在于，确定电池工作电压曲线的装置200还可以包括关系库建立模块207、查找模块208和实时开路电压获取模块209。图21中的工作电压曲线获取模块206可包括电化学模型确定单元2061和工作电压曲线获取单元2062。

其中，关系库建立模块207，可被配置为在不同的荷电状态下采集电池的开路电压，并建立荷电状态与开路电压的对应关系库。

查找模块208，可被配置为获取电池的实时荷电状态，在荷电状态与开路电压的对应关系库中查找与实时荷电状态对应的开路电压。

实时开路电压获取模块209，可被配置为将与实时荷电状态对应的开路电压作为实时开路电压。

电化学模型确定单元2061，可被配置为由确定的常数参数的值和电化学模型，得到确定的电化学模型。

工作电压曲线获取单元2062，可被配置为根据确定的电化学模型和电池的工作电压模型，得到电池的工作电压曲线。

值得一提的是，工作电压模型包括充电工作电压模型和放电工作电压模型。

图23为本发明一实施例中确定电池工作电压曲线的设备300的结构示意图。如图23所示，确定电池工作电压曲线的设备300包括存储器301、处理器302、通信接口303和总线304。

其中，存储器301可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器301可包括HDD、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器301可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器301可在确定电池工作电压曲线的设备300的内部或外部。在特定实施例中，存储器301是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器301包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

在一个示例中，处理器302可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

通信接口303，主要用于实现本发明实施例中各模块以及单元之间的通信。

所述存储器301、所述处理器302和所述通信接口303通过所述总线304连接并完成相互间的通信。

也就是说，存储器301用于存储程序代码。处理器302通过读取存储器301中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行一种确定电池工作电压曲线的方法。其中，该确定电池工作电压曲线的方法包括但不限于上述实施例中的步骤101-步骤106。该确定电池工作电压曲线的方法还可以包括步骤107-步骤109，以及步骤1061和步骤1062。

需要明确的是，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或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。对于装置实施例而言，相关之处可参见方法实施例说明部分。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能模块和功能单元可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。

Claims (11)

1.一种确定电池工作电压曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据电池的电化学测试结果，建立所述电池的RC等效电路模型；

按照所述RC等效电路模型，得到所述电池的工作电压模型；

采集所述电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；

设置常数参数，并根据所述RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立所述RC等效电路模型的电化学模型；

利用所述测量工作电压曲线、所述电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定所述常数参数的值；

由确定的所述常数参数的值、所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RC等效电路模型的电化学模型包括：

R_s＝a1×SOC^a2×e^T×a3，

R_ct＝b1×SOC^b2×e^T×b3，

C_dl＝c1×SOC^c2×e^T×c3，

R_w＝d1×SOC^d2×e^I×d3×e^T×d4，

C_w＝f1×SOC^f2×e^I×f3×e^T×f4；

其中，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3、d4、f1、f2、f3和f4均为常数参数，R_s为欧姆内阻，R_ct为电化学反应极化内阻，C_dl为电化学反应双电层电容，R_w为浓差极化内阻，C_w为浓差极化电荷积累等效电容，SOC为荷电状态，I为工作电流，T为工作温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在不同的荷电状态下采集所述电池的开路电压，并建立荷电状态与开路电压的对应关系库；

获取电池的实时荷电状态，在荷电状态与开路电压的对应关系库中查找与所述实时荷电状态对应的开路电压；

将与所述实时荷电状态对应的开路电压作为所述实时开路电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由确定的所述常数参数的值、所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线的步骤，包括：

由确定的所述常数参数的值和所述电化学模型，得到确定的所述电化学模型；

根据确定的所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述工作电压模型包括充电工作电压模型和放电工作电压模型。

6.一种确定电池工作电压曲线的装置，其特征在于，包括：

等效电路模型建立模块，被配置为根据电池的电化学测试结果，建立所述电池的RC等效电路模型；

工作电压模型获取模块，被配置为按照所述RC等效电路模型，得到所述电池的工作电压模型；

测量曲线获取模块，采集所述电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；

电化学模型建立模块，被配置为设置常数参数，并根据所述RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立所述RC等效电路模型的电化学模型；

拟合模块，被配置为利用所述测量工作电压曲线、所述电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定所述常数参数的值；

工作电压曲线获取模块，被配置为由确定的所述常数参数的值、所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述RC等效电路模型的电化学模型包括：

R_s＝a1×SOC^a2×e^T×a3，

R_ct＝b1×SOC^b2×e^T×b3，

C_dl＝c1×SOC^c2×e^T×c3，

R_w＝d1×SOC^d2×e^I×d3×e^T×d4，

C_w＝f1×SOC^f2×e^I×f3×e^T×f4；

其中，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3、d4、f1、f2、f3和f4均为常数参数，R_s为欧姆内阻，R_ct为电化学反应极化内阻，C_dl为电化学反应双电层电容，R_w为浓差极化内阻，C_w为浓差极化电荷积累等效电容，SOC为荷电状态，I为工作电流，T为工作温度。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

关系库建立模块，被配置为在不同的荷电状态下采集所述电池的开路电压，并建立荷电状态与开路电压的对应关系库；

查找模块，被配置为获取电池的实时荷电状态，在荷电状态与开路电压的对应关系库中查找与所述实时荷电状态对应的开路电压；

实时开路电压获取模块，被配置为将与所述实时荷电状态对应的开路电压作为所述实时开路电压。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述工作电压曲线获取模块包括：

电化学模型确定单元，被配置为由确定的所述常数参数的值和所述电化学模型，得到确定的所述电化学模型；

工作电压曲线获取单元，被配置为根据确定的所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线。

10.根据权利要求6或9所述的装置，其特征在于，所述工作电压模型包括充电工作电压模型和放电工作电压模型。

11.一种确定电池工作电压曲线的设备，其特征在于，包括：

存储器、处理器、通信接口和总线；

所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线连接并完成相互间的通信；

所述存储器用于存储程序代码；

所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行一种确定电池工作电压曲线的方法，其中，所述确定电池工作电压曲线的方法包括：

根据电池的电化学测试结果，建立所述电池的RC等效电路模型；

按照所述RC等效电路模型，得到所述电池的工作电压模型；

采集所述电池的工作电压，得到测量工作电压曲线；

设置常数参数，并根据所述RC等效电路模型中的欧姆内阻、电化学反应极化内阻、浓差极化内阻、电化学反应双电层电容、浓差极化电荷积累等效电容、工作电流、工作温度以及荷电状态，建立所述RC等效电路模型的电化学模型；

利用所述测量工作电压曲线、所述电化学模型以及实时开路电压，进行拟合计算，确定所述常数参数的值；

由确定的所述常数参数的值、所述电化学模型和所述电池的工作电压模型，得到所述电池的工作电压曲线。

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