CN109100658A - 用于调节电池组的放电功率的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于调节电池组的放电功率的系统，属于电池维护技术领域。所述系统包括：温度传感器，用于检测所述电池组的温度；电池SOC检测模块，用于检测所述电池组的SOC值；电流传感器，用于检测所述电池组的放电电流；电压传感器，用于检测所述电池组的放电电压；计时器；电流控制器，设置在用电器和所述电池组之间，用于控制所述电池组的放电电流的大小；控制器，与所述温度传感器、所述电池SOC检测模块、所述电流传感器、所述计时器连接。该系统可以在保护电池组的同时提高能源的回收率。
Description
技术领域
本发明涉及电池维护技术领域，具体地涉及一种用于调节电池组的放电功率的系统。
背景技术
近年来，受能源危机与环境危机的影响，电动汽车备受各国重视。锂电池作为电动汽车的主流动力来源也得到了快速发展。锂电池组的峰值功率是锂电池的一项重要参数，在电动汽车起步或加速时，可通过峰值功率估算车载电池组能否满足此时的功率需求；在制动时，可以估算在不损坏电池组的前提下所能够回收的最大能量；此外电池峰值功率估计对于整车动力性能的最优匹配及控制策略优化也有重要的理论意义和实际价值。
目前针对电池峰值功率的估计有复合脉冲法、基于SOC(State Of Charge，荷电状态)的方法、神经网络法等。其中神经网络法适用于于锂电池功率状态的在线估计，其估计准确度较高，但需要大量的训练数据及合适的训练方法作为支撑，算法较为复杂，因此实用性不强。基于SOC的方法，通过最大和最小SOC的限制获取当前状态下的极限电流值，从而计算得到锂电池在一段时间Δt内的功率状态，由于Δt常常无法确定，导致估算的峰值功率过大。复合脉冲法利用电池的开路电压、放电截止电压之差与电池内阻的比值，得到电池最大放电电流，以此来估计电池的峰值功率，但常用的复合脉冲法并未考虑温度的影响。并且若直接将温度代入复合脉冲法的各项计算参数，其变化量较多，估算较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于调节电池组的放电功率的系统，该系统可以在电池组放电时实时估计电池组的最大放电功率，并根据该最大放电功率对电池组的当前实际放电功率进行调节，从而实现电池组放电功率平滑变化，实现了对电池组的保护。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于调节电池组的放电功率的系统，该系统可以包括：
温度传感器，用于检测所述电池组的温度；
电池SOC检测模块，用于检测所述电池组的SOC值；
电流传感器，用于检测所述电池组的放电电流；
电压传感器，用于检测所述电池组的放电电压；
计时器；
电流控制器，设置在用电器和所述电池组之间，用于控制所述电池组的放电电流的大小；
控制器，与所述温度传感器、所述电池SOC检测模块、所述电流传感器、所述计时器连接，用于：
通过所述温度传感器获取所述温度；
通过所述电池SOC检测模块获取所述SOC值；
根据所述温度和所述SOC值从预设的对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的第一放电功率；
根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第二放电功率；
通过所述电流传感器获取所述电池组的放电电流，通过所述电压传感器获取所述电池组的放电电压；
根据所述放电电流和放电电压计算所述电池组的当前实际功率；
判断所述当前实际功率是否大于或等于所述第二放电功率；
在判断所述当前实际功率大于或等于所述第二放电功率的情况下，启动所述计时器以记录第一持续时间；
判断所述第一持续时间是否大于或等于预设的第一阈值；
在判断所述第一持续时间大于或等于所述第一阈值的情况下，根据所述第二放电功率控制所述电流控制器调节所述当前实际功率，并再次执行调节操作；
在判断所述当前实际功率小于所述第二放电功率的情况下，启动所述计时器以记录第二持续时间；
判断所述第二持续时间是否大于或等于预设的第二阈值；
在判断所述第二持续时间大于或等于所述第二阈值的情况下，根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第三放电功率
根据所述第三放电功率控制所述电流控制器调节所述当前实际功率，并再次执行所述调节操作。
可选地，所述温度传感器为多个，分别设置在所述电池组的每个单体电池上，分别用于检测每个所述单体电池的单体温度；
所述控制器进一步用于：
根据所述单体温度计算平均值以生成所述电池组的温度。
可选地，所述对应关系表包括多阶对应关系，每阶对应关系包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下的最大放电功率。
可选地，所述多阶对应关系包括6阶对应关系，第1至第6阶对应关系分别包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下放电时间为10s、20s、30s、40s、50s和60s时的最大放电功率。
可选地，所述根据所述温度和所述SOC值从预设的对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的第一放电功率包括：
根据所述温度和所述SOC值从第i阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为第一放电功率，其中，i为区间[1,6]中的任一整数。
可选地，所述根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第二放电功率包括：
从第i-1对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第二放电功率。
可选地，所述控制器进一步用于：
在i-1的值小于1的情况下，从第1阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第二放电功率。
可选地，所述根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第三放电功率包括：
从第i+1阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第三放电功率。
可选地，所述控制器进一步用于：
在i+1的值大于6的情况下，从第6阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第三放电功率。
可选地，所述第一阈值和所述第二阈值均为10s。
通过上述技术方案，本发明提供的用于调节电池组的放电功率的系统可以在电池组放电时实时估计电池组的最大放电功率，并根据该最大放电功率对电池组的当前实际放电功率进行调节，从而实现电池组放电功率平滑变化，在保护电池组的同时也提高了能源的回收率。
本发明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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的用于调节电池组的放电功率的方法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方式的用于调节电池组的放电功率的系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明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，并不用于限制本发明。
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的用于调节电池组的放电功率的方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：
在步骤S10中，获取电池组的温度。考虑到电池组包括多个单体电池，每个单体电池在放电的过程中可能存储局部的温度差异。因此，在检测该电池组的温度时，可以在电池组的每个单体电池上设置至少一个温度传感器以分别检测每个单体电池的单体温度。再设置一控制器接收各个单体温度，并进一步计算所有单体温度的平均值以作为检测出的该电池组的温度。
在步骤S11中，获取电池组的SOC值。在本发明的该实施方式中，获取该SOC值的方式可以是例如通过设置BMS(Battery Management System，电池管理系统)来检测该电池组的SOC值。对于BMS，该BMS可以是例如通过开路电压法、安时积分法等计算方法来计算该电池组的SOC值。
在步骤S12中，根据电池组的温度和SOC值从预设的对应关系表中获取在该温度和SOC值的条件下对应关系表中的电池组的第一放电功率。在本发明的一个示例中，该对应关系表可以例如包括多阶对应关系。每阶对应关系包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下的最大放电功率。进一步地，该多阶对应关系可以包括6阶对应关系，第1至第6阶对应关系分别包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下放电时间为10s、20s、30s、40s、50s和60s时的最大放电功率，如表1至表6所示(以该电池组仅包括一个单体电池为例)，
表1
| 90％ | 80％ | 70％ | 60％ | 50％ | 40％ | 30％ | 20％ | 10％ | |
| -10℃ | 62.36 | 59.21 | 56.37 | 53.84 | 50.38 | 47.23 | 43.03 | 38.39 | 36.36 |
| 0℃ | 79.38 | 76.07 | 72.85 | 70.38 | 66.45 | 61.26 | 54.13 | 46.44 | 38.98 |
| 10℃ | 91.27 | 83.22 | 78.84 | 75.65 | 73.85 | 67.81 | 63.74 | 58.64 | 46.15 |
| 25℃ | 142.24 | 133.52 | 126.70 | 121.59 | 119.98 | 113.82 | 106.34 | 95.24 | 77.56 |
| 45℃ | 122.34 | 116.89 | 110.56 | 111.06 | 108.96 | 102.72 | 96.61 | 87.52 | 68.13 |
表2
| 90％ | 80％ | 70％ | 60％ | 50％ | 40％ | 30％ | 20％ | 10％ | |
| -10℃ | 57.90 | 54.43 | 51.28 | 48.02 | 43.48 | 38.28 | 32.03 | 26.85 | 24.20 |
| 0℃ | 72.33 | 68.75 | 65.33 | 62.50 | 57.77 | 50.74 | 40.79 | 31.16 | 24.55 |
| 10℃ | 81.39 | 73.52 | 69.81 | 66.11 | 65.17 | 58.66 | 53.21 | 45.66 | 31.11 |
| 25℃ | 126.31 | 117.22 | 110.14 | 106.02 | 105.36 | 97.63 | 88.85 | 77.44 | 54.88 |
| 45℃ | 111.67 | 102.94 | 96.09 | 100.05 | 97.05 | 88.68 | 84.06 | 73.89 | 46.86 |
表3
表4
| 90％ | 80％ | 70％ | 60％ | 50％ | 40％ | 30％ | 20％ | 10％ | |
| -10℃ | 52.42 | 48.66 | 44.98 | 40.71 | 34.92 | 28.19 | 21.20 | 19.08 | 11.91 |
| 0℃ | 64.37 | 60.44 | 56.60 | 52.67 | 46.15 | 37.03 | 26.82 | 21.22 | 13.79 |
| 10℃ | 69.61 | 62.32 | 59.11 | 55.05 | 54.12 | 46.81 | 38.95 | 28.53 | 16.81 |
| 25℃ | 108.44 | 99.41 | 92.66 | 88.88 | 87.48 | 78.86 | 68.53 | 48.91 | 23.78 |
| 45℃ | 99.70 | 89.56 | 83.26 | 87.82 | 83.82 | 74.32 | 69.47 | 57.80 | 22.10 |
表5
| 90％ | 80％ | 70％ | 60％ | 50％ | 40％ | 30％ | 20％ | 10％ | |
| -10℃ | 50.44 | 46.56 | 42.64 | 38.02 | 32.01 | 25.25 | 18.49 | 18.48 | 8.94 |
| 0℃ | 61.65 | 57.57 | 53.41 | 48.83 | 41.69 | 32.47 | 23.00 | 18.87 | 13.79 |
| 10℃ | 65.29 | 58.27 | 55.20 | 51.11 | 49.71 | 41.81 | 33.14 | 23.15 | 14.87 |
| 25℃ | 101.55 | 92.86 | 86.23 | 82.48 | 80.58 | 71.66 | 60.22 | 38.36 | 18.51 |
| 45℃ | 94.50 | 78.45 | 78.82 | 82.97 | 78.70 | 69.14 | 63.73 | 51.27 | 13.87 |
表6
| 90％ | 80％ | 70％ | 60％ | 50％ | 40％ | 30％ | 20％ | 10％ | |
| -10℃ | 48.70 | 44.71 | 40.54 | 35.61 | 29.45 | 22.81 | 17.90 | 17.89 | 8.94 |
| 0℃ | 59.29 | 55.06 | 50.49 | 45.31 | 37.68 | 28.59 | 20.16 | 17.30 | 13.79 |
| 10℃ | 61.42 | 54.74 | 51.65 | 47.52 | 45.46 | 37.10 | 27.99 | 18.84 | 12.33 |
| 25℃ | 95.10 | 86.85 | 80.48 | 76.70 | 74.25 | 64.99 | 51.94 | 29.62 | 15.98 |
| 45℃ | 85.36 | 76.66 | 71.23 | 74.73 | 70.41 | 61.41 | 55.63 | 42.42 | 9.09 |
在表1至表6中，最大放电功率的单位为瓦特(W)。此外，由于表1至表6中包括的电池组的最大放电功率(峰值功率)为单个单体电池的最大放电功率。因此，在计算包括多个单体电池的电池组时，可以根据串联电路的基本原理，将表1至表6中的最大放电功率与电池组中串联的单体电池的个数相乘，从而得到电池组的最大放电功率。
那么，第一放电功率可以为在第i阶对应关系中，在检测到的温度和SOC值的条件下电池组的最大放电功率，其中，i为区间[1,6]中的任一整数。
在步骤S13中，根据第一放电功率从对应关系表中获取电池组的第二放电功率。在本发明的一个示例中，该步骤可以是例如从第i-1阶对应关系中，获取在检测到的温度和SOC值的条件下电池组的最大放电功率。进一步地，由于在该示例中，该对应关系表仅包括第1至第6阶对应关系，所以，在i-1的值小于1的情况下，在第1阶对应关系中获取在检测到的温度和SOC值的条件下电池组的最大放电功率。
在步骤S14中，检测电池组的放电电流和放电电压。在该示例中，可以例如是在电池组和用电器之间设置电流传感器来检测该电池组的放电电流，在电池组的正负极的两端设置电压传感器来检测该电池组的放电电压。
在步骤S15中，根据检测到的放电电流和放电电压计算电池组的当前实际功率。根据欧姆定律，该电池组的当前实际功率即为放电电流和放电电压的乘积。
在步骤S16中，判断当前实际功率是否大于或等于第二放电功率。
在步骤S17中，在判断当前实际功率大于或等于第二放电功率的情况下，记录当前实际功率大于或等于第二放电功率的第一持续时间。在该实施方式中，可以采用控制器判断该当前实际功率是否大于或等于第二放电功率。在控制器判断该当前实际功率大于第二放电功率的情况下，启动与该控制器连接的计时器来记录该第一持续时间。
在步骤S18中，判断第一持续时间是否大于或等于预设的第一阈值。
在步骤S19中，在判断第一持续时间大于或等于第一阈值的情况下，根据第二放电功率降低当前实际功率，并再次执行该用于调节电池组的放电功率的方法。以上述示例为例，在表1至表6中，每相邻的两阶对应关系的电池组的放电时间相差10s(秒)。所以，在该示例中，该第一阈值可以是10s。在判断该第一持续时间大于或等于预设的第一阈值的情况下，此时说明该电池组已经在计算出的当前实际功率(大于第二放电功率)的条件下持续放电10s。那么，继续采用该第i阶对应关系作为调节该电池组的放电功率的基准显然已经不适用了。所以，可以采用i-1阶的对应关系来调节该电池组的放电功率。
在步骤S20中，在判断当前实际功率小于第二放电功率的情况下，记录当前实际功率小于第二放电功率的第二持续时间。该步骤S20和步骤S17类似，此处不再赘述。
在步骤S21中，判断第二持续时间是否大于或等于预设的第二阈值。在上述示例中，该第二阈值可以是例如10s。由于该步骤S21和步骤S19类似，因此，此处不再赘述。
在步骤S22中，在判断第二持续时间大于或等于第二阈值的情况下，根据第一放电功率从对应关系表中获取电池组的第三放电功率。由于此时电池组在低于第二放电功率的条件下被放电10s。因此，继续采用该第i阶对应关系作为调节该电池组的放电功率的基准显然已经不适用了。所以，可以采用i+1阶的对应关系来调节该电池组的放电功率。由于在该示例中，该对应关系表仅包括第1至第6阶对应关系，所以，在i+1的值大于6的情况下，在第6阶对应关系中获取在检测到的温度和SOC值的条件下电池组的最大放电功率。
在步骤S23中，根据第三放电功率提高电池组的当前实际功率，并再次执行该用于调节电池组的放电功率的方法。在该示例中，该步骤S23可以是例如通过在电池组和用电器之间设置调节放电电流大小的电流控制器来实现。
本发明的另一方面还提供一种用于调节电池组的放电功率的系统。如图2所示，该系统可以包括温度传感器01、电池SOC检测模块02、电流传感器03、电压传感器04、计时器05、电流控制器06和控制器07。
温度传感器01可以用于检测电池组的温度；电池SOC检测模块02可以是用于检测电池组的SOC值；电流传感器03可以是例如用于检测电池组的放电电流；电压传感器04可以是例如检测电池组的放电电压；电流控制器06可以是例如设置在电池组和用电器之间，用于控制放电电流的大小。控制器07可以分别与温度传感器01、电池SOC检测模块02、电流传感器03、电压传感器04、计时器05、电流控制器06连接，用于基于上述器件执行如图1所示的用于调节电池组的放电功率的方法。
在本发明的一个实施方式中，该控制器07可以为通用处理器、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。另外，为了使得该系统的设计简便，也可以采用软件编程的方式向BMS中写入程序以使得BMS执行上述所述的用于调节电池组的放电功率的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的用于调节电池组的放电功率的方法和系统可以在电池组放电时实时估计电池组的最大放电功率，并根据该最大放电功率对电池组的当前实际放电功率进行调节，从而实现电池组放电功率平滑变化，在保护电池组的同时也提高了能源的回收率。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述可选实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明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所述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)
1.一种用于调节电池组的放电功率的系统，其特征在于，所述系统包括：
温度传感器，用于检测所述电池组的温度；
电池SOC检测模块，用于检测所述电池组的SOC值；
电流传感器，用于检测所述电池组的放电电流；
电压传感器，用于检测所述电池组的放电电压；
计时器；
电流控制器，设置在用电器和所述电池组之间，用于控制所述电池组的放电电流的大小；
控制器，与所述温度传感器、所述电池SOC检测模块、所述电流传感器、所述计时器连接，用于：
通过所述温度传感器获取所述温度；
通过所述电池SOC检测模块获取所述SOC值；
根据所述温度和所述SOC值从预设的对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的第一放电功率；
根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第二放电功率；
通过所述电流传感器获取所述电池组的放电电流，通过所述电压传感器获取所述电池组的放电电压；
根据所述放电电流和放电电压计算所述电池组的当前实际功率；
判断所述当前实际功率是否大于或等于所述第二放电功率；
在判断所述当前实际功率大于或等于所述第二放电功率的情况下，启动所述计时器以记录第一持续时间；
判断所述第一持续时间是否大于或等于预设的第一阈值；
在判断所述第一持续时间大于或等于所述第一阈值的情况下，根据所述第二放电功率控制所述电流控制器调节所述当前实际功率，并再次执行调节操作；
在判断所述当前实际功率小于所述第二放电功率的情况下，启动所述计时器以记录第二持续时间；
判断所述第二持续时间是否大于或等于预设的第二阈值；
在判断所述第二持续时间大于或等于所述第二阈值的情况下，根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第三放电功率
根据所述第三放电功率控制所述电流控制器调节所述当前实际功率，并再次执行所述调节操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器为多个，分别设置在所述电池组的每个单体电池上，分别用于检测每个所述单体电池的单体温度；
所述控制器进一步用于：
根据所述单体温度计算平均值以生成所述电池组的温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述对应关系表包括多阶对应关系，每阶对应关系包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下的最大放电功率。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多阶对应关系包括6阶对应关系，第1至第6阶对应关系分别包括SOC值为10％至90％，递增梯度为10％的多个电池组分别在环境温度为-10℃、0℃、10℃、25℃和45℃的条件下放电时间为10s、20s、30s、40s、50s和60s时的最大放电功率。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据所述温度和所述SOC值从预设的对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的第一放电功率包括：
根据所述温度和所述SOC值从第i阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为第一放电功率，其中，i为区间[1,6]中的任一整数。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第二放电功率包括：
从第i-1对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第二放电功率。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：
在i-1的值小于1的情况下，从第1阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第二放电功率。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述根据所述第一放电功率从所述对应关系表中获取所述电池组的第三放电功率包括：
从第i+1阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第三放电功率。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：
在i+1的值大于6的情况下，从第6阶对应关系表中获取在所述温度和所述SOC值的条件下所述对应关系表中的所述电池组的最大放电功率作为所述第三放电功率。
10.根据权利要求1至9任一所述的系统，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值均为10s。
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