CN110549909A - 动力电池组的soh计算方法、装置和电动汽车 - Google Patents

动力电池组的soh计算方法、装置和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组的SOH计算方法、装置和电动汽车，该方法包括以下步骤：获取动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据充电曲线确定当前的充电阶段，其中，充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；获取高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量；以及根据剩余容量计算单体电池的SOH。根据本发明的方法，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。

Description

动力电池组的SOH计算方法、装置和电动汽车
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种动力电池组的SOH计算方法、一种非临时性计算机可读存储介质、一种动力电池组的SOH计算装置和一种电动汽车。
背景技术
能源和环境的双重压力将电动车推向社会发展的舞台，而动力电池组作为电动车的能量储备源直接决定着电动汽车的续驶里程。因此，BMS(Battery Management System，电池管理系统)监测并估计电动汽车动力电池组的健康状态是一项长期且有重要意义的研究。
SOH(State of Health，电池健康状态)是指电池的健康状态，更多情况下是对电池组寿命的预测。目前对于SOH的估算主要依赖于对SOC(State of Charge，荷电状态)的估算，而SOC的估算取决于电池包充入和放出的电量。目前电量计算方法主要采用安时积分法。安时积分法要求电池的初始值要非常精确，且随着时间的延长，电流的测量误差会累计，导致电量估算不准，进而导致SOH估算不准确。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种动力电池组的SOH计算方法，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种动力电池组的SOH计算装置。
本发明的第四个目的在于提出一种电动汽车。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种动力电池组的SOH计算方法，包括以下步骤：获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据所述充电曲线确定当前的充电阶段，其中，所述充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；获取所述高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；根据所述高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算所述单体电池的剩余容量；以及根据所述剩余容量计算所述单体电池的SOH。
根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法，通过获取动力电池组的单体电池的充电曲线和确定当前的充电阶段，并获取高压充电拐点对应的电池包电量、高压充电阶段对应的电池包电量，以及根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量，并根据剩余容量计算单体电池的SOH，由此，不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例提出的动力电池组的SOH计算方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行其存储的计算机程序，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种动力电池组的SOH计算装置，包括：第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据所述充电曲线确定当前的充电阶段，其中，所述充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；第二获取模块，用于获取所述高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；计算模块，用于根据所述高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算所述单体电池的剩余容量，并根据所述剩余容量计算所述单体电池的SOH。
根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算装置，通过第一获取模块获取动力电池组的单体电池的充电曲线和确定当前的充电阶段，并通过第二获取模块获取高压充电拐点对应的电池包电量、高压充电阶段对应的电池包电量，以及通过计算模块根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量，并根据剩余容量计算单体电池的SOH，由此，不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电动汽车，其包括本发明第三方面实施例提出的动力电池组的SOH计算装置。
根据本发明实施例的电动汽车，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过对本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的单体电池的充电曲线示意图；
图3为根据本发明一个实施例的充电曲线的导数曲线示意图；
图4为根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算装置的方框示意图；
图5为根据本发明实施例的电动汽车的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法、装置和电动汽车。
本发明实施例的电动汽车可为纯电动汽车或混合动力汽车，其动力电池组包括多个串联的单体电池，在动力电池组进行充电或动力电池组进行放电时，对应地，多个单体电池可同时进行充电或同时进行放电。
图1为根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法，包括以下步骤：
S1，获取动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据充电曲线确定当前的充电阶段，其中，充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段。
在本发明的一个实施例中，动力电池组可为锂离子电池，动力电池组的初始SOC处于20％以下，例如可为5％，动力电池组的充电模式可为恒流充电模式，充电倍率小于1C。在以上述条件对动力电池组进行充电时，BMS可对动力电池组的总电压、总电流、单体电池的电压、温度以及当前次充电时间等参数进行采集和记录。可启动BMS充电算法以获取动力电池组中每个单体电池的充电曲线，即电压V与容量Ah的关系曲线。
进一步地，根据充电曲线确定当前的充电阶段具体包括：对所述充电曲线进行平滑滤波处理，并获取单体电池的电压；判断相邻时刻单体电池的电压的变化率是否为超出预设阈值的峰值，如果为峰值，则将电压变化率为峰值所对应的点作为单体电池的高压充电拐点。
具体地，可对单体电池的充电曲线进行运算，以得到下一时刻较上一时刻电压的变化率。在本发明的一个实施例中，充电曲线的起始阶段可称为低压平台充电阶段。当BMS充电算法检测到最后一个峰值为正的曲线拐点时，称该拐点为低压充电拐点VLVTP，随后进入中压平台充电阶段MVP(Middle Voltage Platform)。当相邻时刻单体电池的电压的变化率为超出预设阈值的峰值时，充电阶段达到高压充电拐点VHVTP，随后进入高压平台充电阶段HVP(High Voltage Platform)。在本发明的一个实施例中，某一单体电池的充电曲线可如图2所示，其导数曲线可如图3所示。
在本发明的一个实施例中，还可结合单体电池的SOC和电压判断是否达到高压充电拐点。具体地，如果相邻时刻单体电池的电压的变化率为超出预设阈值的峰值，且单体电池的SOC低于预设SOC值和/或单体电池的电压低于预设电压值，则将该点作为单体电池的高压充电拐点。
S2，获取高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量。
S3，根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量。
在本发明的一个实施例中，可根据以下公式计算单体电池的剩余容量：
Q′＝QHVTP+QHVP，
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包电量，QHVP为高压平台充电阶段对应的电池包电量。
S4，根据剩余容量计算单体电池的SOH。
具体地，为消除随机误差，即随机原因如温度、电流或系统算法误差等引起的电池电量估算误差，可获取前n次计算的单体电池的剩余容量，并根据n次计算的单体电池的剩余容量计算单体电池的最终剩余容量，以及根据最终剩余容量计算单体电池的SOH。
进一步地，可根据以下公式计算单体电池的最终剩余容量：
QN＝n1Q'+n2Q”+…+nnQn'
其中，QN为单体电池的最终剩余容量；n1-nn为n次单体电池的剩余容量对应的权重参数，Q’至Qn’为n次计算的单体电池的剩余容量，其中，n1+n2+…+nn＝1。n1-nn的具体取值可结合动力电池组的历史数据和当前工况赋予。
在计算得到单体电池的最终剩余容量QN后，可根据以下公式计算单体电池的SOH：
其中，Q0为单体电池出厂时的标称容量。
由于动力电池组是由单体电池构成的，得到单体电池的SOH，即是得到了动力电池组的SOH。
根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算方法，通过获取动力电池组的单体电池的充电曲线和确定当前的充电阶段，并获取高压充电拐点对应的电池包电量、高压充电阶段对应的电池包电量，以及根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量，并根据剩余容量计算单体电池的SOH，由此，不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明上述实施例提出的动力电池组的SOH计算方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行其存储的计算机程序，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种动力电池组的SOH计算装置。
如图4所示，本发明实施例的动力电池组的SOH计算装置，包括：第一获取模块10、第二获取模块20和计算模块30。
其中，第一获取模块10用于获取动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据充电曲线确定当前的充电阶段，其中，充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；第二获取模块20用于获取高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；计算模块30用于根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量，并根据剩余容量计算单体电池的SOH。
在本发明的一个实施例中，动力电池组可为锂离子电池，动力电池组的初始SOC处于20％以下，例如可为5％，动力电池组的充电模式可为恒流充电模式，充电倍率小于1C。在以上述条件对动力电池组进行充电时，BMS中的第一获取模块10可对动力电池组的总电压、总电流、单体电池的电压、温度以及当前次充电时间等参数进行采集和记录。可启动BMS充电算法以获取动力电池组中每个单体电池的充电曲线，即电压V与容量Ah的关系曲线。
进一步地，第一获取模块10具体用于对充电曲线进行平滑滤波，并获取单体电池的电压，以及判断相邻时刻单体电池的电压的变化率是否为超出预设阈值的峰值，并在判断相邻时刻单体电池的电压的变化率为峰值时，将电压变化率为峰值所对应的点作为单体电池的高压充电拐点。
具体地，第一获取模块10可对单体电池的充电曲线进行运算，以得到下一时刻较上一时刻电压的变化率，以便进行判断。在本发明的一个实施例中，充电曲线的起始阶段可称为低压平台充电阶段。当BMS充电算法检测到最后一个峰值为正的曲线拐点时，称该拐点为低压充电拐点VLVTP，随后进入中压平台充电阶段MVP。当相邻时刻单体电池的电压的变化率为超出预设阈值的峰值时，充电阶段达到高压充电拐点VHVTP，随后进入高压平台充电阶段HVP。在本发明的一个实施例中，某一单体电池的充电曲线可如图2所示，其导数曲线可如图3所示。
在本发明的一个实施例中，第一获取模块10还可结合单体电池的SOC和电压判断是否达到高压充电拐点。具体地，如果相邻时刻单体电池的电压的变化率为超出预设阈值的峰值，且单体电池的SOC低于预设SOC值和/或单体电池的电压低于预设电压值，则将该点作为单体电池的高压充电拐点。
计算模块30可根据以下公式计算单体电池的剩余容量：
Q′＝QHVTP+QHVP，
其中，QHVTP为高压充电拐点对应的电池包电量，QHVP为高压平台充电阶段对应的电池包电量。
为消除随机误差，即随机原因如温度、电流或系统算法误差等引起的电池电量估算误差，计算模块30可获取前n次计算的单体电池的剩余容量，并根据n次计算的单体电池的剩余容量计算单体电池的最终剩余容量，以及根据最终剩余容量计算单体电池的SOH。
进一步地，计算模块30可根据以下公式计算单体电池的最终剩余容量：
QN＝n1Q'+n2Q”+…+nnQn'
其中，QN为单体电池的最终剩余容量；n1-nn为n次单体电池的剩余容量对应的权重参数，Q’至Qn’为n次计算的单体电池的剩余容量，其中，n1+n2+…+nn＝1。n1-nn的具体取值可结合动力电池组的历史数据和当前工况赋予。
在计算得到单体电池的最终剩余容量QN后，计算模块30可根据以下公式计算单体电池的SOH：
其中，Q0为单体电池出厂时的标称容量。
由于动力电池组是由单体电池构成的，得到单体电池的SOH，即是得到了动力电池组的SOH。
根据本发明实施例的动力电池组的SOH计算装置，通过第一获取模块获取动力电池组的单体电池的充电曲线和确定当前的充电阶段，并通过第二获取模块获取高压充电拐点对应的电池包电量、高压充电阶段对应的电池包电量，以及通过计算模块根据高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算单体电池的剩余容量，并根据剩余容量计算单体电池的SOH，由此，不要求满充满放循环的条件，不受电动汽车工况的影响，也不依赖于SOC的初始值，还避免了因积分带来的累积误差，从而能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
对应上述实施例，本发明还提出一种电动汽车。
如图5所示，本发明实施例的电动汽车1000，包括本发明上述实施例提出的动力电池组的SOH计算装置100，其具体的实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。
根据本发明实施例的电动汽车，能够大大提高动力电池组SOH估算的方便性和准确性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据所述充电曲线确定当前的充电阶段，其中，所述充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；
获取所述高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；
根据所述高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算所述单体电池的剩余容量；以及
根据所述剩余容量计算所述单体电池的SOH。
2.如权利要求1所述的动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，根据所述充电曲线确定当前的充电阶段，具体包括：
对所述充电曲线进行平滑滤波，并获取所述单体电池的电压；
判断相邻时刻所述单体电池的电压的变化率是否为超出预设阈值的峰值；
如果为所述峰值，则将所述电压变化率为所述峰值所对应的点作为所述单体电池的高压充电拐点。
3.如权利要求1所述的动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，根据以下公式计算所述单体电池的剩余容量：
Q′＝QHVTP+QHVP
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包电量，QHVP为所述高压平台充电阶段对应的电池包电量。
4.如权利要求3所述的动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，所述根据所述剩余容量计算所述单体电池的SOH具体包括：
获取n次计算的所述单体电池的剩余容量；
根据n次计算的所述单体电池的剩余容量计算所述单体电池的最终剩余容量；
根据所述最终剩余容量计算所述单体电池的SOH。
5.如权利要求4所述的动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，根据以下公式计算所述单体电池的最终剩余容量：
QN＝n1Q'+n2Q”+…+nnQn'
其中，QN为所述单体电池的最终剩余容量；n1-nn为n次所述单体电池的剩余容量对应的权重参数，Q’至Qn’为n次计算的所述单体电池的剩余容量，其中，n1+n2+…+nn＝1。
6.如权利要求5所述的动力电池组的SOH计算方法，其特征在于，根据以下公式计算所述单体电池的SOH：
其中，Q0为所述单体电池出厂时的标称容量。
7.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的动力电池组的SOH计算方法。
8.一种动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取所述动力电池组的单体电池的充电曲线，并根据所述充电曲线确定当前的充电阶段，其中，所述充电阶段包括高压充电拐点和高压充电阶段；
第二获取模块，用于获取所述高压充电拐点对应的电池包电量，以及高压充电阶段对应的电池包电量；
计算模块，用于根据所述高压充电拐点对应的电池包电量和高压充电阶段对应的电池包电量计算所述单体电池的剩余容量，并根据所述剩余容量计算所述单体电池的SOH。
9.如权利要求8所述的动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，所述第一获取模块具体用于对所述充电曲线进行平滑滤波，并获取所述单体电池的电压，以及判断相邻时刻所述单体电池的电压的变化率是否为超出预设阈值的峰值，并在判断相邻时刻所述单体电池的电压的变化率为所述峰值时，将所述电压变化率为所述峰值所对应的点作为所述单体电池的高压充电拐点。
10.如权利要求8所述的动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，所述计算模块根据以下公式计算所述单体电池的剩余容量：
Q′＝QHVTP+QHVP
其中，QHVTP为所述高压充电拐点对应的电池包电量，QHVP为所述高压平台充电阶段对应的电池包电量。
11.如权利要求10所述的动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，所述计算模块具体用于获取n次计算的所述单体电池的剩余容量，并根据n次计算的所述单体电池的剩余容量计算所述单体电池的最终剩余容量，以及根据所述最终剩余容量计算所述单体电池的SOH。
12.如权利要求11所述的动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，所述计算模块根据以下公式计算所述单体电池的最终剩余容量：
QN＝n1Q'+n2Q”+…+nnQn'
其中，QN为所述单体电池的最终剩余容量；n1-nn为n次所述单体电池的剩余容量对应的权重参数，Q’至Qn’为n次计算的所述单体电池的剩余容量，其中，n1+n2+…+nn＝1。
13.如权利要求12所述的动力电池组的SOH计算装置，其特征在于，所述计算模块根据以下公式计算所述单体电池的SOH：
其中，Q0为所述单体电池出厂时的标称容量。
14.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8-13中任一项所述的动力电池组的SOH计算装置。
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