CN109696634A

CN109696634A - 一种电池数据的获取方法及装置

Info

Publication number: CN109696634A
Application number: CN201710987104.XA
Authority: CN
Inventors: 陆珂伟; 王林; 杨静; 罗旸; 李强
Original assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Current assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-04-30
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN109696634B

Abstract

本发明实施例提供一种电池数据的获取方法及装置，将RC等效电路模型输出的输出端电压作为电池热模型的输入，进而获得电池的输出温度，这样，发热功率可以根据电学特性实时变化，从而，获得高精度的电池的温度数据，该温度进一步反馈给RC等效电路模型，根据该精确的温度数据，通过RC等效电路模型可以进一步进行所需的计算。由于将电模型和热模型的输入和输出进行了耦合和修正，可以更为真实和精确的反映出电池的电学特性和热特性。

Description

一种电池数据的获取方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电池数据的获取方法及装置。

背景技术

随着传统能源的不断减少以及环保意识的不断提高，新能源汽车得到了长足的发展，新能源汽车通常由蓄电池作为动力的来源，为了保证行车安全，需要对电池进行安全监控。

目前的蓄电池主要是锂电池，其具有工作电压高、质量轻、比能量高以及快速充电灯优良特性，因此得到了广泛的应用，然而，锂电池在使用中还存在着火和爆炸的风险，此外，由于电池长期使用，必然会发生老化或劣化，因此，需要对锂电池的状态进行监控，目前主要通过锂电池的电流、电压、温度等相关数据对锂电池进行监控，这些参数的精确度越高，越能真实反映电池的特性和状态。

发明内容

本发明提供了一种电池数据的获取方法及装置，提高通过电池RC等效电路模型获取参数的精确度。

本发明提供了一种电池数据的获取方法，获得第1时刻的电池温度值T₁之后，所述方法包括：

获得第n时刻电池的电流采样值I_n；

根据所述电流采样值I_n和第n-1时刻的电池温度值T_n-1，通过RC等效电路模型获得第n时刻电池的端电压U_n；

根据所述端电压U_n以及所述电流采样值I_n，获得第n时刻电池的发热功率P_n；

根据所述发热功率P_n，通过所述电池热模型获得第n时刻电池的温度计算值TC_n，以所述温度计算值TC_n作为第n时刻的电池温度值T_n；其中，n从2至N，N≥3。

可选地，所述获得第1时刻的电池温度值T₁包括：

获得第1时刻电池的电流采样值I₁以及温度采样值T₁’；

根据所述电流采样值I₁以及温度采样值T₁’，通过RC等效电路模型获得第1时刻电池的端电压U₁；

根据所述端电压U₁以及所述电流采样值I₁，获得第1时刻电池的发热功率P₁；

根据所述发热功率P₁，通过所述电池热模型获得第1时刻电池的温度计算值T₁，以所述温度计算值T₁作为第1时刻的电池温度值T₁。

可选地，所述获得第1时刻的电池温度值T₁包括：

获得第1时刻电池的温度采样值T₁’，以所述温度采样值T₁’作为第1时刻的电池温度值T₁。

可选地，所述RC等效电路模型为一阶RC等效电路模型或二阶RC等效电路模型。

可选地，所述热模型为均一化集总参数热模型或热源分布化模型。

此外，本发明还提供了一种电池数据的获取装置，第1时刻的电池温度值为T₁；包括：

电流采样值获取单元，用于获得第n时刻电池的电流采样值I_n；

电池端电压获取单元，用于根据所述电流采样值I_n和第n-1时刻的电池温度值T_n-1，通过RC等效电路模型获得第n时刻电池的端电压U_n；

电池发热功率获取单元，用于根据所述端电压U_n以及所述电流采样值I_n，获得第n时刻电池的发热功率P_n；

电池温度计算值获取单元，用于根据所述发热功率P_n，通过所述电池热模型获得第n时刻电池的温度计算值TC_n，以所述温度计算值TC_n作为第n时刻的电池温度值T_n；其中，n从2至N，N≥3。

可选地，n从1至N，当n＝1时，还包括温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’；

所述电池端电压获取单元，还用于根据电流采样值I₁以及温度采样值T₁’，通过RC等效电路模型获得第1时刻电池的端电压U₁。

可选地，还包括：温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’，以所述温度采样值T₁’作为第1时刻的电池温度值T₁。

本发明实施例提供的电池数据的获取方法及装置，通过RC等效电路模型输出的端电压得到电池的发热功率，以该发热功率作为电池热模型的输入，进而获得电池的温度计算值，这样，发热功率可以根据电学特性实时变化，从而，获得高精度的电池的温度数据，该温度进一步反馈给RC等效电路模型，根据该精确的温度数据，通过RC等效电路模型可以进一步进行计算。由于将电模型和热模型的输入和输出进行了耦合和修正，可以更为真实和精确的反映出电池的电学特性和热特性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的电池数据的获取方法的流程示意图；

图2为根据本发明实施例的一阶RC等效电路的电路结构示意图；

图3为根据本发明实施例的电池数据的获取装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本发明实施例中，通过RC等效电路模型的电模型和热模型的耦合，更为真实和精确的反映出电池的电学特性和热特性，为了更好的理解本发明实施例的技术方案，以下先对RC等效电路模型和热模型进行说明。

在本发明实施例中，电池RC等效电路模型可以为一阶、二阶或更高阶的RC等效电路模型，优选地，可以选择一阶或二阶的RC等效电路模型，以减少计算量。通过电池RC等效电路模型可以输出不同电流和温度下的电压响应。为了便于理解，以下将以一阶RC等效电路模型为例进行说明，此处仅为示例，本发明并不限于此。

参考图2所示，为一阶RC等效电路模型的电路结构示意图，其中，OCV₀初始时的电池开路电压；OCV’为开路电压随容量变化的修正值；R_O为电池的欧姆内阻；R_p为电池的极化内阻，表示电池内部浓差极化和电化学极化引起的电阻；C_p为电池的极化电容，表示电池在极化过程中所产生的容抗；I_L为电池的加载电流；I_p为流过极化内阻的电流；U_L为电池的端电压。该模型的端电压为：

U_L＝OCV₀-OCV'-R₀[I_L]-R_P[I_P]

在该模型中，OCV₀、OCV′、R_O、R_p、和C_p这些参数与电池的温度以及电池荷电状态有关，获取电池充放电实验数据之后，通过参数辨识的方法可以获取这些参数与电芯温度T和电池荷电状态(SOC)的对应值，进一步通过插值，可以获得不同电芯温度T和电池荷电状态SOC下对应的参数值。在上述参数值确定后，RC等效电路模型搭建完成，该模型可以模拟不同电流和温度下的电池电压响应，也就是说，通过电流和温度可以获得电池的端电压。

在本发明实施例中的电池RC等效电路模型为参数辨识之后的确定的模型，这样，在以电池的电流和温度信号为输入后，就可以通过电池RC等效电路模型得到电池的端电压。

电池的热模型是模拟电池的热特性的模型，通过热功率来预测电池的温度。在本发明实施例中，热模型可以根据需要进行选择，例如可以为阻容网络集总参数热模型、均一化集总参数热模型、或热源分布化模型等。

为了更好地理解本发明实施例的技术方案，以下将以均一化集总参数热模型为例进行说明，此处仅为示例，本发明并不限于此。

该模型中，假设电池的电芯产热是均匀的，电池的生热和散热过程是一个典型的有时变内热源的非稳态导热过程，其在域内遵守能量守恒，模型公式如下：

其中，q为电池的生热速率，ρ为电池单元的密度，Cp为电池的比热，k_x、k_y、k_z为电池不同方向上的导热系数，搭建此热模型，需要确定ρ、Cp和k这几个热学参数。

其中，可以通过传热学中串联电阻和并联电阻的原理，确立的根据串联材料和并联材料的导热系数的计算方法来确定导热系数，具体计算公式如下：

串联材料：

并联材料：

式中，k为电池沿某个方向上的导热率，ki为第i层单独的导热率，Li为第i层串联热阻层的厚度，Ai为第i层并联热阻层的截面积。

电池的比热可以通过对电池中的材料的比热加权平均进行估算。

发热功率q的计算如下：

q＝I(E-V)，其中，I为电池的电流，E为开路电压OCV，V为电池的端电压。

确定以上参数后，电池的热模型就确定了，本发明实施例中的热模型是参数确定后的模型，输入不同的发热功率，通过模型计算就可以获得相应的电池的温度，为了便于描述，在本发明实施例中，通过热模型获得的电池的温度记做电池的温度计算值。

在对RC等效电路模型和热模型进行描述之后，以下将结合具体的实施例进行详细的描述。

参考图1所示，在步骤S01，获得第1时刻的电池温度值T₁。

在该步骤中，是为了获得初始时刻的电池温度值T₁，以用于下一时刻的电池端电压的获取。可以通过不同的方法来获得该初始时刻的电池温度值T₁。

在一些实施例中，可以通过如下步骤实现：

获得第1时刻电池的电流采样值I₁以及温度采样值T₁’；

在本发明实施例中，电池的采样值来自于电池单体，根据不同的需要，电流的采样值以及温度的采样值可以是来自于现场的采集数据，也可以是仿真数据。

在该实施例中，获得了第1时刻，也就是初始时刻的电流采样值I₁以及温度采样值T₁’，这样，通过已经确定的RC等效电路模型，可以获得该时刻的电压响应，也就是得到电池的端电压U₁，通常地，在利用RC等效电路模型获得电压响应时，具体的，首先，通过电流采样值进行安时积分，进而获得SOC值，其中，SOC＝∫Idt/电池额定容量；接着，通过已经确定的RC等效模型，获得该SOC和温度T1下的电压响应，即获得电池的端电压。

对于每个电池，在标定之后，都具有温度、SOC与开路电压的对应关系表，通过该对应关系表，可以确定在某一时刻SOC和温度时，电池的开路电压值，在该初始时刻，可以通过初始时刻的SOC和温度T1值，确定此时的开路电压E1，进而可以获得第1时刻电池的发热功率P₁，发热功率P₁＝I₁*(U₁-E₁)。根据发热功率，可以通过电池热模型获得此时电池的温度计算值TC₁，该温度计算值TC₁作为电池温度值T₁，作为下一时刻电池RC等效模型的温度参量。该方法可以提供更为精确的初始温度，提高后续计算的精确性。

在另一些实施例中，所述获得第1时刻的电池温度值T₁可以包括：

获得第1时刻电池的温度采样值T₁’，以所述温度采样值T₁’作为第1时刻的电池温度值T₁。该采样温度可以为来自现场的温度数据，也可以为仿真数据，该实施例中，直接以初始时刻电池的采样温度T₁’作为电池的温度值T₁，利于获得不同环境温度下的电池数据的变化情况。

接着，在步骤S02和S03，获得第n时刻电池的电流采样值I_n；根据所述电流采样值I_n和第n-1时刻的电池温度值T_n-1，通过RC等效电路模型获得第n时刻电池的端电压U_n。

在步骤S04，根据所述端电压U_n以及所述电流采样值I_n，获得第n时刻电池的发热功率P_n；

在步骤S05，根据所述发热功率P_n，通过所述电池热模型获得第n时刻电池的温度计算值TC_n，以所述温度计算值TC_n作为第n时刻的电池温度值T_n；其中，n从2至N，N≥3，重复步骤S02-S05。

在起始时刻的电池温度值确定之后，仅需要获得电池的电流采样值，由当前时刻的电流采样值和上一时刻的电池温度值，作为RC等效电路模型的输入，获得当前时刻电池的端电压，进而根据当前时刻的电流采样值和电池的端电压，获得当前时刻的发热功率，由该发热功率作为热模型的输入，通过热模型获得当前时刻电池的温度计算值，该温度计算值作为下一时刻的电池RC等效模型的温度参量，即作为下一时刻RC等效电路等效模型计算时的电池温度值。

在通过RC等效电路模型获得第n时刻电池的端电压U_n的步骤中，同步骤S01，可以通过对电流采样值I_n进行安时积分，进而获得SOC值，其中，SOC＝∫I_ndt/电池额定容量；接着，通过已经确定的RC等效电路模型，获得该SOC和温度T_n下的电压响应，即获得电池的端电压U_n。进而，通过温度、SOC与开路电压的对应关系表，根据第n时刻时SOC值和温度T_n-1，确定此时的开路电压E_n，进而可以获得第n时刻电池的发热功率P_n，发热功率P_n＝I_n*(U_n-E_n)。根据发热功率，可以通过电池热模型获得此时电池的温度计算值TC_n，该温度计算值TC_n作为电池温度值Tn，作为下一时刻电池RC等效模型的温度参量。

为了便于理解，以第2时刻和第3时刻举例进行说明。在第2时刻，也就是电流的第二个采样点，获得电流采样值I₂，由电流采样值I₂和初始时刻的电池温度值T₁，通过RC等效电路，获得电池的端电压U₂，进而获得发热功率P₂，通过热模型获得发热功率为P₂时的电池温度计算值TC₂，以该温度计算值TC₂作为电池温度值T₂，作为第3时刻电池RC等效模型的温度参量。在第3时刻，也就是电流的第三个采样点，获得电流采样值I₃，由电流采样值I₃和第2时刻的电池温度值T₂，通过RC等效电路，获得电池的端电压U₃，同上述描述，进而获得发热功率P₃以及电池温度计算值TC₂，以该温度计算值TC₃作为电池温度值T₃，作为第4时刻电池RC等效模型的温度参量，同理，可以依次获得其他时刻的端电压及电池温度数据。

这样，通过确定初始时刻的电池温度值和电池的电流采样值，就可以获得电池的温度参数变化数据，以及电池的端电压的变化数据，以分别体现电池的电学和热学特性，而在整个处理过程中由于将电模型和热模型的输入和输出进行了耦合和修正，可以更为真实和精确的反映出电池的电学特性和热特性。

以上对本发明实施例的电池参数的获取方法进行了详细的描述，此外，本发明还提供了实现上述方法的电池数据的获取装置，参考图3所示，第1时刻的电池温度值为T₁；所述装置包括：

电流采样值获取单元210，用于获得第n时刻电池的电流采样值I_n；

电池端电压获取单元220，用于根据所述电流采样值I_n和第n-1时刻的电池温度值T_n-1，通过RC等效电路模型获得第n时刻电池的端电压U_n；

电池发热功率获取单元230，用于根据所述端电压U_n以及所述电流采样值I_n，获得第n时刻电池的发热功率P_n；

电池温度计算值获取单元240，用于根据所述发热功率P_n，通过所述电池热模型获得第n时刻电池的温度计算值TC_n，以所述温度计算值TC_n作为第n时刻的电池温度值T_n；其中，n从2至N，N≥3。

进一步地，n从1至N，当n＝1时，还包括温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’；

所述电池端电压获取单元220，还用于根据电流采样值I₁以及温度采样值T₁’，通过RC等效电路模型获得第1时刻电池的端电压U₁。

进一步地，还包括：温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’，以所述温度采样值T₁’作为第1时刻的电池温度值T₁。

进一步地，所述RC等效电路模型为一阶RC等效电路模型或二阶RC等效电路模型。

进一步地，所述热模型为均一化集总参数热模型或热源分布化模型。

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模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或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。

Claims

1.一种电池数据的获取方法，其特征在于，获得第1时刻的电池温度值T₁之后，所述方法包括：

获得第n时刻电池的电流采样值I_n；

2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述获得第1时刻的电池温度值T₁包括：

获得第1时刻电池的电流采样值I₁以及温度采样值T₁’；

3.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述获得第1时刻的电池温度值T₁包括：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的获取方法，其特征在于，所述RC等效电路模型为一阶RC等效电路模型或二阶RC等效电路模型。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的获取方法，其特征在于，所述热模型为均一化集总参数热模型或热源分布化模型。

6.一种电池数据的获取装置，其特征在于，第1时刻的电池温度值为T₁；所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，n从1至N，当n＝1时，还包括温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’；

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：温度采样值获取单元，用于获得第1时刻电池温度采样值T₁’，以所述温度采样值T₁’作为第1时刻的电池温度值T₁。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述RC等效电路模型为一阶RC等效电路模型或二阶RC等效电路模型。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述热模型为均一化集总参数热模型或热源分布化模型。