CN111049204B - 一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力电池技术。本发明的一个实施例提供了一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置,包括充电目标确定单元,其配置为,基于动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标SOC;控制参数确定单元,其配置为,基于当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及充电完成确定单元,其配置为,基于当前充电目标电压和当前充电截止电流来确定动力电池的当前次充电完成。该装置能根据电池老化状态的不断变化,自适应地调整充电完成控制参数,以实现对动力电池充电完成时的SOC进行较高精度的控制。
Description
技术领域
本发明总体上涉及动力电池技术,并且更具体地,涉及基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法和装置。
背景技术
随着全世界范围内的石油资源的日渐枯竭,新能源汽车作为传统能源汽车的替代者,正日益受到人类重视。动力电池(例如高压电池包)是新能源汽车,尤其是电动汽车上重要的能源部件。目前,主要的动力电池之一是锂电池,其具有高能量密度、无污染、无记忆效应等特点,因而被广泛应用于新能源汽车。
动力电池的一个重要参数是荷电状态(State of Charge,“SOC”),也叫剩余电量,其代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。其取值范围为0~1,当SOC=0时表示电池放电完全,当SOC=1时表示电池完全充满。通常也可使用百分数来表示SOC。
针对动力电池的充电控制策略,通常都会先使用恒流充电,当电压升高至充电目标电压后结束充电,或继续进行恒压充电,当充电电流低于充电截止电流后结束充电。
现有的动力电池充电控制策略一般是通过标定不同温度下的充电目标电压和充电截止电流,来实现充电完成时的实际SOC与充电目标SOC高度一致。但是,由于动力电池会发生老化,其各项性能和参数都会随着老化而不断变化。因此,现有技术对于如何实现随着动力电池不断老化,而对充电完成时的SOC进行高精度的控制,还没有完善的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明的目的之一在于提供一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法和装置,其能根据电池老化状态的不断变化,自适应地调整充电完成控制参数,以实现对动力电池充电完成时的SOC进行较高精度的控制,达到较完善的动力电池管理。
本发明的一个方面提供了一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法,包括如下步骤:a.基于动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标荷电状态(SOC);b.基于当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及c.基于当前充电目标电压和当前充电截止电流来确定动力电池的当前次充电完成。
本发明的另一个方面提供了一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置,包括充电目标确定单元,其配置为,基于动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标荷电状态(SOC);控制参数确定单元,其配置为,基于当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及充电完成确定单元,其配置为,基于当前充电目标电压和当前充电截止电流来确定动力电池的当前次充电完成。
本发明的又一个方面提供了一种计算机存储介质,其中存储有计算机程序,该计算机程序可被处理器执行以实现上述方法。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中,将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚。在可能的情况下,所有附图中使用相同的参考编号来指代相同或相似的元素或零件。
图1示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法的示例流程图。
图2示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法的部分步骤的示例流程图。
图3示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置的示例框图。
具体实施方式
下文是本发明示范实施例的详细描述,附图中图示了这些实施例的示例。应注意的是,下文的描述是为了解释和说明,因此不应视为对本发明的限制。在不背离本发明原理的前提下,本领域技术人员可以根据实际需要对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改,而不脱离本发明的范围。此外,本领域技术人员可以理解,针对任何具体的应用场景或实际需要,可以将下文描述的不同实施例的一个或多个特征进行组合。
图1示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法的示例流程图。如图1所示,在方框101处,基于动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标SOC。在一个实施例中,可以实时检测动力电池的指标数据,例如:电池包内各个单体电池的电压、电池包电压、电池包电流以及电池包温度等,并以此不断更新计算动力电池的电池容量。在另一个实施例中,对于车用动力电池,可根据整车设计目标(例如续航里程)及电池性能等来确定不同电池容量所对应的充电目标SOC,由此基于实时获取的动力电池的当前电池容量来确定其所对应的当前充电目标SOC。通常而言,随着动力电池的老化,其容量是不断下降的,因此可相应地调升充电目标SOC,使续航里程不因电池老化而下降,达到较完善的动力电池管理。
在方框103处,基于当前充电目标SOC,确定当前充电目标电压和当前充电截止电流。充电目标电压和充电截止电流是用于判断充电已经完成的控制参数,即充电完成控制参数。根据确定的当前充电目标SOC,可更新计算当前的充电完成控制参数。具体而言,充电完成控制参数可用于对先恒流增压,再恒压减流的充电方式的控制。也就是,充电开始后,先进行恒流充电,当达到充电目标电压时(例如,最大单体电压上升到单体充电目标电压,或电池包端电压上升到电池包充电目标电压),停止恒流充电。然后,根据需要进行恒压充电,当充电电流降低至充电截止电流时,可判断充电完成,以结束充电。
可选地,在一个实施例中,方框103还可包括,基于预先确定的动力电池的充电目标SOC与充电目标电压、充电截止电流之间的对应关系,确定当前充电目标SOC对应的当前充电目标电压和当前充电截止电流。例如,可以预先在不同温度、不同充电电流等条件下,对新使用状态下的动力电池(即未老化的、处于良好单体平衡状态的动力电池)进行充电试验,以确定其不同充电目标SOC与充电完成控制参数之间的对应关系。具体而言,可在不同温度下,用不同等级的充电电流进行恒流升压充电,设置充电截止电流大于当前充电电流。调整充电目标电压使充电完成时的实际SOC与充电目标SOC一致。并且,当在某一温度下调升充电目标电压到动力电池允许的最高电压(例如:最高安全电压)后,还是无法达到充电目标SOC时,可进行恒压减流充电,调减充电截止电流,使充电完成时的实际SOC与当前充电目标SOC一致。由此,可确定不同充电目标SOC与充电完成控制参数之间的对应关系。基于此预先确定的对应关系,可确定当前充电目标SOC所对应的充电完成控制参数。
在方框105处,基于当前充电目标电压和当前充电截止电流来确定所述动力电池的当前次充电完成。如前所述,当前充电目标电压和当前充电截止电流可用来作为判断当前次充电完成的条件。在当前次充电中,当达到该控制参数时,可确定充电已完成。此时,可以断开充电继电器,以结束此次充电。
在上述方法中,基于不断更新的当前电池容量来不断更新当前充电目标SOC,并进而不断更新充电完成控制参数。这样,使得动力电池的充电可以适应电池老化的不同状态,以实现对充电完成时的SOC的较高精度的控制,达到较完善的动力电池管理。
图2示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法的部分步骤的示例流程图。需要说明的是,图2所示的示例流程可作为图1中的方框103的进一步细化,以上关于图1描述中的相应部分都可与图2所示的示例流程结合使用。
在图2中,总体上是用迭代的算法来确定当前次充电的充电完成控制参数。也就是,基于当前充电目标SOC与动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值来确定充电目标电压补偿值和充电截止电流补偿值,并用这些补偿值和动力电池上一次充电完成的充电完成控制参数来确定当前的充电完成控制参数。这样,使用当前充电目标SOC与动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值来考虑动力电池的老化状态,以此为基础来补偿修正充电完成控制参数,并不断迭代以求取当前的充电完成控制参数,由此可满足电池在各老化阶段时,对充电的要求,更好地实现对充电完成时的SOC的较高精度的控制,达到较完善的动力电池管理。
具体地,在方框201和202处,用当前充电目标SOC与动力电池上一次充电完成的实际SOC(该实际SOC可用任何合适的方法来实车测得)的差值作为输入量,分别计算并确定充电目标电压补偿值Vd和充电截止电流补偿值Id。
定义Vk = Vk-1+Vd,Ik = Ik-1+Id,其中Vk-1和 Ik-1分别是上一次充电完成的充电目标电压和充电截止电流。需要说明的是,上述公式中的“+”及本文中所称的“之和”指的是代数和。在通常情况下,Vk-1和Vd的正负相同,因此Vk 的绝对值> Vk-1的绝对值; 而Id和Ik-1的正负相反,因此Ik 的绝对值< Ik-1的绝对值。
需要说明的是,本文中所称的“上一次充电”、“上一次充电完成的实际SOC”、“上一次充电完成的充电目标电压和充电截止电流”等术语中的“上一次”,优选地,是指紧邻着当前次充电的之前一次充电,以便能更好地进行迭代计算。但“上一次”也可以是指当前次充电之前的某次充电,例如当前次充电之前第二次的那次充电。本领域技术人员可以根据实际情况的需要进行选择。
在方框203处,判断Vk是否小于动力电池允许的最高电压V最高(例如动力电池的最高安全电压)。
如判断为“是”,则在方框204处,将当前充电目标电压V当前确定为动力电池上一次充电完成的充电目标电压Vk-1与充电目标电压补偿值Vd之和Vk,并且,将当前充电截止电流I当前确定为动力电池上一次充电完成的充电截止电流Ik-1;即:V当前 = Vk,I当前 = Ik-1。
如判断为“否”,则在方框205处,将当前充电目标电压V当前确定为动力电池允许的最高电压V最高,并且,将当前充电截止电流I当前确定为动力电池上一次充电完成的充电截止电流Ik-1与充电截止电流补偿值Id之和Ik;即:V当前 = V最高,I当前 = Ik。
在方框201和202处,可选用任何适当的算法,以所述差值为输入量来计算并确定充电目标电压补偿值Vd和充电截止电流补偿值Id。在一个实施例中,在方框201和202处,基于所述差值,通过比例积分微分(PID)算法来分别计算并确定充电目标电压补偿值Vd和充电截止电流补偿值Id。
可选地,在一个实施例中,可在方框201和202处设定预先确定的阈值。如果所述差值小于或等于该预先确定的阈值,则将充电目标电压补偿值Vd和充电截止电流补偿值Id确定为零。该阈值可以实际需要(诸如充电精度要求等)进行设定,具体可以是,例如用百分数表示的+/-2%。设定阈值可使得仅在当前充电目标SOC与动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值超过预定幅度时,即动力电池相对于上一次充电已发生了一定程度的老化时,才启动对当前充电完成控制参数的补偿。否则,可认为电池老化程度基本没有变化,仍可使用动力电池上一次充电完成的控制参数来进行当前充电。这样可以避免不必要的补偿,防止系统过度波动。
对于初始充电(所谓初始充电是指还不存在“上一次充电”的情况;例如,在“上一次充电”设定为紧邻着当前次充电的之前一次充电的条件下,初始充电就是指使用时的首次充电),上述的“动力电池上一次充电完成的实际SOC”以及Vk-1和 Ik-1的初始值可以根据需要进行设定。在一个实施例中,可根据车辆的实际情况来确定对应动力电池的新使用状态的初始实际SOC,以作为“动力电池上一次充电完成的实际SOC”的初始值。并且,可参照上文所述的对新使用状态下的动力电池进行充电试验的方法,得到对应动力电池的新使用状态的初始充电目标电压和初始充电截止电流,以分别作为Vk-1和 Ik-1的初始值。可将这些初始值用于初始充电的计算。后续充电时,按照迭代计算来确定每次充电的当前充电完成控制参数。
可选地,在一个实施例中,所述动力电池可以是锂电池。
图3示出了根据本发明一实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置的示例框图。应理解的是,图3所示的装置可用来执行或实施上文中参照图1、图2描述的各实施例的方法或流程。
如图3所示,根据本发明的实施例的基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置301可包括:充电目标确定单元302,其配置为,基于动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标SOC;控制参数确定单元303,其配置为,基于当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及充电完成确定单元304,其配置为,基于当前充电目标电压和当前充电截止电流来确定动力电池的当前次充电完成。
可选地,在一个实施例中,控制参数确定单元303还配置为,基于预先确定的所述动力电池的充电目标SOC与充电目标电压、充电截止电流之间的对应关系,确定所述当前充电目标SOC对应的所述当前充电目标电压和所述当前充电截止电流。
可选地,在一个实施例中,控制参数确定单元303还配置为,基于所述当前充电目标SOC与所述动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值来确定充电目标电压补偿值和充电截止电流补偿值;如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和小于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流;以及如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和大于或等于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述最高电压,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流与所述充电截止电流补偿值之和。
可选地,在一个实施例中,控制参数确定单元303还配置为,基于所述差值,通过比例积分微分(PID)算法,来确定所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值。
可选地,在一个实施例中,控制参数确定单元303还配置为,如果所述差值小于或等于预先确定的阈值,则将所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值确定为零。
可选地,在一个实施例中,控制参数确定单元303还配置为,如果当前次充电是初始充电,使用对应所述动力电池的新使用状态的初始实际SOC,初始充电目标电压,和初始充电截止电流分别作为所述动力电池上一次充电完成的实际SOC,所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压,和所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流。
可选地,在一个实施例中,所述动力电池可以是锂电池。
需要说明的是,图3中所示的装置及其各单元可以在本地实现,也可以在网络侧实现,或者两相结合。本发明对此不做限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行配置。
需要说明的是,本文中所示的流程/装置方框图是功能实体,可以但不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。本领域技术人员可以采用软件形式来实现这些功能实体,或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,又或者在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。例如,可以用软件编程实现这些功能,并将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理器上以使一系列的操作在计算机或其他可编程处理器上执行,以便构成计算机实现的进程,以使计算机或其他可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能。
相应地,本发明的一个方面提供一种计算机存储介质,其中存储有计算机程序,所述计算机程序可被处理器(可以是各种合适的通用或专用的处理器、计算装置、信息处理设备等)执行以实现上文中参照图1、图2描述的各实施例的方法或流程。
还应该注意在一些备选实现中,除非另有明确的相反说明或技术内容有明确的相反限定,流程方框图的方框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如,依次示出的两个框实际可以基本同时地执行,或这些框有时可以按逆序执行,具体取决于实际情况和所涉及的功能/操作。
以上示例主要说明了本发明的主要实施例。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述,但是本领域普通技术人员应当了解,本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此,在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明原理及范围的情况下,本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (13)
1.一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
a. 基于所述动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标SOC;
b. 基于所述当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及
c. 基于所述当前充电目标电压和所述当前充电截止电流来确定所述动力电池的当前次充电完成,
其中,步骤b还包括:
基于所述当前充电目标SOC与所述动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值来确定充电目标电压补偿值和充电截止电流补偿值;
如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和小于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流;以及
如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和大于或等于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述最高电压,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流与所述充电截止电流补偿值之和。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b还包括:
基于预先确定的所述动力电池的充电目标SOC与充电目标电压、充电截止电流之间的对应关系,确定所述当前充电目标SOC对应的所述当前充电目标电压和所述当前充电截止电流。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b还包括:
基于所述差值,通过比例积分微分(PID)算法,来确定所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b还包括:
如果所述差值小于或等于预先确定的阈值,则将所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值确定为零。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b还包括:
如果当前次充电是初始充电,使用对应所述动力电池的新使用状态的初始实际SOC,初始充电目标电压,和初始充电截止电流分别作为所述动力电池上一次充电完成的实际SOC,所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压,和所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述动力电池为锂电池。
7.一种基于电池老化的动力电池自适应充电控制装置,其特征在于,包括:
充电目标确定单元,其配置为,基于所述动力电池的当前电池容量来确定当前充电目标SOC;
控制参数确定单元,其配置为,基于所述当前充电目标SOC来确定当前充电目标电压和当前充电截止电流;以及
充电完成确定单元,其配置为,基于所述当前充电目标电压和所述当前充电截止电流来确定所述动力电池的当前次充电完成,
其中,所述控制参数确定单元还配置为:
基于所述当前充电目标SOC与所述动力电池上一次充电完成的实际SOC之间的差值来确定充电目标电压补偿值和充电截止电流补偿值;
如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和小于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流;以及
如果所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压与所述充电目标电压补偿值之和大于或等于所述动力电池允许的最高电压,则将所述当前充电目标电压确定为所述最高电压,并将所述当前充电截止电流确定为所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流与所述充电截止电流补偿值之和。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述控制参数确定单元还配置为:
基于预先确定的所述动力电池的充电目标SOC与充电目标电压、充电截止电流之间的对应关系,确定所述当前充电目标SOC对应的所述当前充电目标电压和所述当前充电截止电流。
9.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述控制参数确定单元还配置为:
基于所述差值,通过比例积分微分(PID)算法,来确定所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值。
10.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述控制参数确定单元还配置为:
如果所述差值小于或等于预先确定的阈值,则将所述充电目标电压补偿值和所述充电截止电流补偿值确定为零。
11.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述控制参数确定单元还配置为:
如果当前次充电是初始充电,使用对应所述动力电池的新使用状态的初始实际SOC,初始充电目标电压,和初始充电截止电流分别作为所述动力电池上一次充电完成的实际SOC,所述动力电池上一次充电完成的充电目标电压,和所述动力电池上一次充电完成的充电截止电流。
12.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述动力电池为锂电池。
13.一种计算机存储介质,其中存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序可被处理器执行以实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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