CN111257773B

CN111257773B - 一种基于水池算法的电池sop在线估算方法

Info

Publication number: CN111257773B
Application number: CN201911073497.9A
Authority: CN
Inventors: 李志飞; 高科杰; 宋忆宁
Original assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: CN111257773A

Abstract

本发明公开了一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法。为了克服现有技术电池功率状态估算不可靠、峰值功率和持续功率切换不平滑的问题；本发明包括以下步骤：S1：读取电池当前的SOC值、最高电芯温度和最低电芯温度；S2：查询SOC‑Temp‑SOP map图，确定峰值功率和持续功率；S3：根据峰值功率、持续功率和需求的持续时间计算得到额定水池大小和实时功率与持续功率的差值；S4：根据差值运算得出可用水池大小；S5：根据持续功率与可用水池大小计算得到输出功率，再返回步骤S1。本发明考虑到了电池的动态特性，能够根据实时功率快速响应，准确地估算当前状态和未来一段时间内电池功率状态；功率变化时按照额定的速度稳定变化，避免驾驶人员的顿挫感。

Description

一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法

技术领域

本发明涉及一种电池管理领域，尤其涉及一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法。

背景技术

新能源汽车拥有噪声小、城市尾气排放少、操作简单、加速感强烈的优点，逐渐被人们接受。SOP估算是电池管理关键技术之一，用于确定电池上限输出功率和上限输入功率，其值估算不合理直接影响整车加速性、舒适性，容易造成电池过充、过放、降低电池使用寿命。

现企业中估算SOP方法主要有：通过读取SOC和温度值进行查询SOC-Temp-SOP map图，获得峰值功率和持续功率，再根据功率使用时间进行峰值功率和持续功率切换。该方法未考虑电池动态特征且受SOC精度影响较大，峰值功率和持续功率切换若不平滑，对驾乘人员产生顿挫感；通过建立电池等效电路模型，根据当前电池开路电压、电流在线辨识电池参数进行SOP计算，该方法受电池模型精度影响且计算量较大。

例如，一种在中国专利文献上公开的“动力电池SOP的估算方法、装置及具有其的车辆”，其公告号“CN 108226797A”，包括以下步骤：根据SOP数据表得到初始SOP值；根据动力电池的工作电流与对应的电池电压得到当前矫正值；根据当前矫正值对初始SOP值进行矫正，以获取动力电池当前SOP值。该方法未考虑电池动态特征且受SOC精度影响较大；根据当前电池开路电压、电流在线辨识电池参数进行SOP计算，该方法受电池模型精度影响且计算量较大。

发明内容

本发明主要解决现有技术电池功率状态估算不可靠、峰值功率和持续功率切换不平滑的问题；提供一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，功率估算快速准确、峰值功率和持续功率切换变化平滑。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括以下步骤：

S1：通过电池管理系统读取电池当前的SOC值、最高电芯温度T_max和最低电芯温度T_min；

S2：查询SOC-Temp-SOP map图，确定峰值功率P_p和持续功率P_c；

S3：根据峰值功率P_p、持续功率P_c和需求的持续时间t计算得到额定水池大小S和实时功率P与持续功率P_c的差值D_f；

S4：根据差值D_f运算得出可用水池大小S_u；

S5：根据持续功率P_c与可用水池大小S_u计算得到输出功率P_o，达到输出功率P_o后返回步骤 S1。

根据实时功率计算出当前的输出功率，得到了当前状态的功率状态，响应速度快。额定水池大小表示允许最大功率值在时间t内的积分值；可用水池大小为剩余水池大小，允许最大功率在剩余时间，即时间t减去水池放水所用时间，内的积分值，通常理解为额定水池值与水池放水量的差值。采用水池计算，以时间t为横向长度，能够得到未来一段时间内的功率状态。水池模型的建立考虑了电池动态的特性，功率估算可靠，能够平滑切换峰值功率和持续功率。该方法的适用范围广，可应用于各类动力电池。

作为优选，所述的步骤S2包括以下步骤：

S21：查询关于峰值功率的SOC-Temp-SOP map图，根据当前SOC值和最高电芯温度T_max获得最高温峰值功率P_p1；根据当前SOC值和最低电芯温度T_min获得最低温峰值功率P_p2；

S22：查询关于持续功率的SOC-Temp-SOP map图，根据当前SOC值和最高电芯温度T_max获得最高温持续功率P_c1；根据当前SOC值和最低电芯温度T_min获得最低温持续功率P_c2；

S23：取最高温峰值功率P_p1和最低温峰值功率P_p2之间的较小值为峰值功率P_p；取最高温持续功率P_c1和最低温持续功率P_c2之间的较小值为持续功率P_c。

根据当前的SOC值、最高电芯温度T_max和最低电芯温度T_min通过查询map表得到最高电芯温度对应的峰值电压和持续电压；再取小得到最终用于估算的峰值电压和持续电压。值的选取有利于峰值电压和持续电压的平滑切换，能够避免峰值功率和持续功率切换带来功率估算不准确、功率变化大、驾乘顿挫感，有利于提高SOP估算的准确性。

作为优选，所述的步骤S3包括以下步骤：

S31：根据峰值功率P_p、持续功率P_c和需求的持续时间t构建额定水池模型，计算额定水池的大小S；

S32：通过电池管理系统获得实时功率P；计算实时功率P和持续功率P_c的差值D_f；

S33：判断差值D_f是否处于额定阈值范围内，若是，则进入步骤S34；若否，则进入步骤S4；

S34：判断差值D_f处于额定阈值范围内的持续时间T_t是否超过额定时间T，若是，可用水池大小按照额定速率x增加至额定水池大小S；若否，则进入步骤S4。

根据实时功率计算差值，再计算SOP值，能够快速响应当前状态，提高响应速度。

作为优选，所述的额定水池模型取峰值功率P_p为水池的上限值，取持续功率P_c为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度；额定水池大小S通过以下公式得到： S＝(P_p-P_c)*t。

构建水池模型，考虑了电池的动态特征，能够得到未来一段时间内电池功率状态，功率估算准确。

作为优选，所述的步骤S4包括以下步骤：

S41：根据差值D_f积分得到放电用水量A；根据差值D_f的负数积分得到充电注水量B；

S42：根据额定水池大小S、放电用水量A和充电注水量B得到水池放水大小D_S；

D_S＝S-A+B；

S43：根据水池放水大小D_S和额定水池大小S的比值得到系数a；

S44：根据系数a查询成系数-比例因子关系图，得到比例因子c；

S45：可用水池大小S_u为系数a、比例因子c和额定水池大小S的乘积。

系数-比例因子关系图是通过有限次实验得到的。水池放水大小是实际功率与持续功率差值在时间t内积分值。

作为优选，所述的放电用水量

其中t_f0为P＞P_c的开始时间，t_f1为P＞P_c的结束时间；所述的充电注水量

其中t_c0为P＜P_c的开始时间，t_c1为P＜P_c的结束时间。

在计算水池放水大小时，当实时功率大于持续功率时，使用差值在该时间段的积分，作为放电用水量；当实时功率小于持续功率时，使用差值的负数在该时间段的积分，作为充电注水量。同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响。

作为优选，所述的步骤S5中输出功率P_o由以下公式得到：

其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。

计算得到的输出功率即为估算的SOP，能根据实时功率快速响应估算出当前状态的实时功率。

作为优选，计算得到输出功率P_o之后，对输出功率P_o进行最高值限制，最高值为峰值功率P_p的大小。对输出功率进行最大值的限制，保证估算的数值在可行的安全范围内，能长时间正常稳定地到达，保证了估算结果的科学性和安全性。

作为优选，当输出功率P_o变化时，输出功率P_o按照额定的变化速率b进行变化，并进入S1进行下一周期功率计算。按照额定的变化速率变化，使得功率变化平滑，避免驾驶人员的顿挫感。

本发明的有益效果是：

1.水池模型的建立考虑到了电池的动态特性，能够根据实时功率快速响应，准确地估算当前状态和未来一段时间内电池功率状态。

2.使用水池算法，适用范围广，可应用于各类动力电池。

3.功率变化时按照额定的速度进行变化，功率切换稳定，避免驾驶人员的顿挫感。

4.同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响，提高准确性。

附图说明

图1是本发明的一种SOP估算流程图。

图2是本发明的一种关于峰值功率的SOC-Temp-SOP map图。

图3是本发明的一种关于持续功率的SOC-Temp-SOP map图。

图4是本发明的一种系数-比例因子关系图。

图5是本发明的一种水池大小示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：通过电池管理系统读取电池当前的SOC值、最高电芯温度T_max和最低电芯温度T_min。

S2：查询SOC-Temp-SOP map图，确定峰值功率P_p和持续功率P_c。

S21：查询关于峰值功率的SOC-Temp-SOP map图，根据当前SOC值和最高电芯温度T_max获得最高温峰值功率P_p1；根据当前SOC值和最低电芯温度T_min获得最低温峰值功率 P_p2。

如图2所示，关于峰值功率的SOC-Temp-SOP map图，从图中能分别从温度Temp和SOC能够找到对应的峰值功率Pack-Power。所以能够分别得到最高电芯温度T_max对应的最高温峰值功率P_p1和最低电芯温度T_min对应的最低温峰值功率P_p2。

S22：查询关于持续功率的SOC-Temp-SOP map图，根据当前SOC值和最高电芯温度T_max获得最高温持续功率P_c1；根据当前SOC值和最低电芯温度T_min获得最低温持续功率 P_c2。

如图3所示，关于持续功率的SOC-Temp-SOP map图，从图中能分别从温度Temp和SOC能够找到对应的持续功率Contine-Power。所以能够分别得到最高电芯温度T_max对应的最高温持续功率P_c1和最低电芯温度T_min对应的最低温持续功率P_c2。

对最高温峰值功率P_p1和最低温峰值功率P_p2取小，min{P_p|P_p1，P_p2}，得到用于计算的当前状态的峰值功率P_p。

对最高温持续功率P_c1和最低温持续功率P_c2取小，min{P_c|P_c1，P_c2}，得到用于计算的当前状态的持续电压功率P_c。

S3：根据峰值功率P_p、持续功率P_c和需求的持续时间t计算得到额定水池大小S和实时功率P与持续功率P_c的差值D_f。

S31：根据峰值功率P_p、持续功率P_c和需求的持续时间t构建额定水池模型，计算额定水池的大小S。

如图5所示，额定水池模型取峰值功率P_p为水池的上限值，取持续功率P_c为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度。

额定水池大小S通过以下公式得到：

S＝(P_p-P_c)*t；

额定水池大小S为峰值功率P_p与持续功率P_c的差值和时间t的乘积，表示允许最大功率值在时间t内的积分值。

水池模型考虑到了电池的动态特性，估算得到的SOP结果准确。不仅能够计算当前的 SOP还能估算未来一段时间t内的SOP。

S32：通过电池管理系统获得实时功率P；计算实时功率P和持续功率P_c的差值D_f。

D_f＝P-P_c；

S33：判断差值D_f是否处于额定阈值范围内，若是，则进入步骤S34；若否，则进入步骤S4。

N₁≤D_f≤N₂；

在本实施例中N₁＝-1；N₂＝1，单位为千瓦(kW)判断差值D_f是否处于额定阈值范围-1kW～1kW之内。若是，则进行下一步判断；若否，则进入步骤S4。

T_t＞T；

在本实施例中，T＝5，单位为秒(s)。判断差值D_f在额定阈值范围内的时间是否超过5s。若是，则可用水池大小按照额定速率x增至额定水池大小S；若否，则进入步骤S4。

在本实施例中，x＝10，单位为kW/s。可用水池大小按照10kW/s的速率增至额定水池大小S。

S4：根据差值D_f运算得出可用水池大小S_u。

S41：根据差值D_f积分得到放电用水量A；根据差值D_f的负数积分得到充电注水量B。

放电用水量A由以下公式得到：

其中，t_f0为P＞P_c的开始时间，t_f1为P＞P_c的结束时间。

充电注水量B由以下公式得到：

其中，t_c0为P＜P_c的开始时间，t_c1为P＜P_c的结束时间。

同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响。

在本实施中，放电用水量A包括A1和A2，充电注水量B包括B1。

S42：根据额定水池大小S、放电用水量A和充电注水量B得到水池放水大小D_S。

D_S＝S-A+B；

水池放水大小D_S为实际功率P与持续功率P_c差值D_f在时间t内积分值。

在本实施例中，D_S＝S-A1+B2-A2。

S43：根据水池放水大小D_S和额定水池大小S的比值得到系数a。

S44：根据系数a查询成系数-比例因子关系图，得到比例因子c。

如图4所示，计算出系数a后，查询系数-比例因子关系图，得到比例因子c。系数和比例因子成反比关系，系数-比例因子关系图由有限次的实验得到。

S_u＝a*c*S；

可用水池大小S_u为剩余水池大小，允许最大功率在剩余时间，即时间t减去水池放水所用时间，内的积分值，通常理解为额定水池大小S与水池放水大小D_S的差值。在本实施例中根据电池实际使用特性在差值中再乘以比例系数。

S5：根据持续功率P_c与可用水池大小S_u计算得到输出功率P_o，达到输出功率P_o后返回步骤S1。

其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。

当输出功率P_o变化时，输出功率P_o按照额定的变化速率b进行变化，并进入S1进行下一周期功率计算。

计算得到输出功率P_o之后，对输出功率P_o进行最高值限制，最高值为峰值功率P_p的大小。对输出功率进行最大值的限制，保证估算的数值在可行的安全范围内，能长时间正常稳定地到达，保证了估算结果的科学性和安全性。

在本实施中，b＝10，单位为kW/s。输出功率按照10kW/s的速率进行变化。功率的变化平稳，避免造成驾驶时的顿挫感。

本发明的方法适用范围广，可应用于各类动力电池。水池模型的建立考虑到了电池的动态特性，能够根据实时功率快速响应，准确地估算当前状态和未来一段时间内电池功率状态。功率变化时按照额定的速度进行变化，功率切换稳定，避免驾驶人员的顿挫感。同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响，提高准确性。

Claims

1.一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2：查询SOC-Temp-SOP map图，确定峰值功率P_p和持续功率P_c；

S4：根据差值D_f运算得出可用水池大小S_u；

S5：根据持续功率P_c与可用水池大小S_u计算得到输出功率P_o，达到输出功率P_o后返回步骤S1；

所述的步骤S4包括以下步骤：

D_S＝S-A+B；

2.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，所述的步骤S3包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，所述的额定水池模型取峰值功率P_p为水池的上限值，取持续功率P_c为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度；额定水池大小S通过以下公式得到：

S＝(P_p-P_G)*t。

5.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，所述的放电用水量

其中t_c0为P＜P_c的开始时间，t_c1为P＜P_c的结束时间。

6.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，所述的步骤S5中输出功率P_o由以下公式得到：

其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，计算得到输出功率P_o之后，对输出功率P_o进行最高值限制，最高值为峰值功率P_p的大小。

8.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，其特征在于，当输出功率P_o变化时，输出功率P_o按照额定的变化速率b进行变化，并进入S1进行下一周期功率计算。