CN111273177B - 一种估计电池剩余可用能量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种估计电池剩余可用能量的方法，包括以下步骤：S1：建立SOC‑温度‑SOE的三维曲线map图；S2：建立滑动积分窗口，在窗口内计算电池实际能量输出值；S3：计算积分窗口对应SOC区间内的电池总能量，并与电池实际能量相除，获得当前积分窗口的能量转换效率值；S4：能量转换效率值与电池剩余总能量相乘，获得电池剩余可用能量；S5：积分窗口平滑滑动，更新迭代计算下一时刻的能量转换效率值，并估计下一时刻的电池剩余可用能量。本发明在估算过程中考虑了电池的电压与电流，并且利用当前电池能量转换效率来估算当前电池剩余可用能量，使得估算的电池剩余可用能量值更加准确。

Description

一种估计电池剩余可用能量的方法
技术领域
本发明涉及电池能量技术领域，尤其是涉及一种估计电池剩余可用能量的方法。
背景技术
当前，在市场、技术和政府宏观调控的推动下，电动汽车逐渐普及，已经成为人们日常生活中越来越常见的事物。但是当前市场上的电动汽车仍然避免不了续航里程短，续航里程不准确等诸多问题，容易让驾驶者感到里程焦虑。电动汽车的续航里程主要是取决于动力电池的剩余可用能量SOUE，而过去，汽车企业及零部件企业主要把电池的续航研究着力点主要放在电池的电荷状态SOC上，以及电池剩余能量SOE上，往往忽视电池的剩余可用能量SOUE。
动力电池的剩余能量SOE是指当前时刻，电池内部剩余总能量，动力电池的剩余可用能量SOUE是指从当前时刻开始到电池截止放电时的整个过程中对外输出的总能量。
现有的动力电池剩余可用能量的估计方法：
根据电池当前的SOC、端电压和电流通过卡尔曼滤波法估计电池的SOE。该方法估计的主要是电池的剩余能量，电池剩余能量并不能全部用于整车的续航，因此其效果并不理想。
根据电池当前的SOC、温度、额定容量、电池内阻和端电压电流，估计未来电池的端电压和电流，以此估计电池的剩余可用能量。实际上，未来电池的电压与电流是时刻变化的，与当前的电压电流没有相关性，在实际估计中都是只估计到某一时刻的电压电流的极值，而不能估计整个放电过程的电压电流，同时电动汽车在行驶过程中，几乎无法预测未来路况，更无法体现这个电压电流极值。
发明内容
本发明解决了现有技术中因电池的电压与电流时刻变化造成动力电池剩余可用能量估计不准确的问题，提出了一种估计电池剩余可用能量的方法，在估算过程中考虑了电池的电压与电流，并且利用当前电池能量转换效率来估算当前电池剩余可用能量。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种估计电池剩余可用能量的方法，包括以下步骤：
S1：建立SOC-温度-SOE的三维曲线map图，其中SOC为电池剩余电量，SOE为电池剩余能量；
S2：建立滑动积分窗口，在窗口内计算电池实际能量输出值；
S3：计算积分窗口对应SOC区间内的电池总能量，并与电池实际能量相除，获得当前积分窗口的能量转换效率值；
S4：能量转换效率值与电池剩余总能量相乘，获得电池剩余可用能量；
S5：积分窗口平滑滑动，更新迭代计算下一时刻的能量转换效率值，并估计下一时刻的电池剩余可用能量。
电池的温度、电压和电流在使用过程中是不断变化的，将电池的温度、电压和电流作为变量加入到电池剩余可用能量的估算，使得估算出的电池剩余可用能量值为实时值，更加准确地表达出在特定时刻设定温度、设定电压和设定电流的情况下的电池剩余可用能量，估算更加精准；同时利用电池能量效率进行计算，实时性高，且通过迭代的方式计算出下一时刻的电池能量效率，对电池剩余可用能量进行估算，因此得出的电池剩余可用能量为实时值，使得估算更加准确。
作为优选，步骤S1具体包括：初始离线环境下，根据电池的温度，OCV曲线，电池额定容量和SOC，建立电池剩余能量SOE与SOC和温度的三维map图。其中，SOE＝SOC*OCV*Cap，Cap为电池的容量，OCV为电池的容量特性。
考虑了温度因素，温度也是影响电池剩余可用能量的重要因素，建立电池剩余能量SOE与SOC和温度的三维map图表能够快速的响应环境温度的变化所带来的可用能量的变化。
作为优选，步骤S2具体包括：在实时运算过程中，在k时刻建立，从k-t时刻开始积分的时间长度为t的滑动积分窗口，电池端电压为v，电流为i，计算窗口内的实际输出电量为：
Figure BDA0002244923020000031
其中，Ek为窗口内实际输出电量，所述电流为电池端总线电流，所述电压为电池端总线电压。
本发明适用于各类化学材料体系的动力电池，包括磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂、钛酸锂等，同时在计算中考虑了电池的电压和电流的实时变化，使得估算的电池剩余可用能量值更加准确。
作为优选，步骤S3具体包括：k-t时刻对应的SOC(k-t)通过查表获得电池剩余能量SOE(k-t)，k时刻对应的SOC(k)通过查表获得电池剩余能量SOE(k)，窗口内的总剩余能量为：ek＝SOE(k-t)-SOE(k)，能量转换效率值：η＝Ek/ek*100％，ek为窗口内的总剩余能量，η为能量转换效率值。
电池能量效率计算的实时性高，能够根据当前的环境工况实时反映到电池的剩余可用能量，利用电池能量效率对电池剩余可用能量进行估算，使得估算出的电池剩余可用能量值更加准确。
作为优选，步骤S4具体包括：k时刻的电池剩余能量为SOE(k)，k时刻的剩余可用能量为：SOUE(k)＝SOE(k)*η。
作为优选，步骤S5具体包括：窗口滑动，从k时刻滑动到k+n时刻，同理，建立从k+n-t时刻开始到k+n时刻的长度为t的窗口，计算k+n时刻的ηn，并计算k+n时刻的剩余可用能量SOUE(k+n)。
作为优选，所述S1中SOC-温度-SOE的三维曲线map图随着电池健康状态的下降而更新。
作为优选，所述积分窗口包括时间窗口、SOC窗口和里程窗口。
本发明有以下有益效果：能够快速的响应环境温度的变化所带来的可用能量的变化；适用于各类化学材料体系的动力电池，包括磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂、钛酸锂等；电池能量效率计算的实时性高，能够根据当前的环境工况实时反映到电池的剩余可用能量，并准确估计电池剩余可用能量。
附图说明
图1是实施例的流程图。
图2是实施例中SOC-温度-SOE的三维曲线map图。
图3是实施例中OCV-SOC曲线。
具体实施方式
本实施例提出一种估计电池剩余可用能量的方法，参考图1，包括以下步骤：
S1：建立SOC-温度-SOE的三维曲线map图，其中SOC为电池剩余电量，SOE为电池剩余能量；
初始离线环境下，参考图3，根据电池的温度，OCV曲线，电池额定容量和SOC，建立电池剩余能量SOE与SOC和温度的三维map图，参考图2，其中，SOE＝SOC*OCV*Cap，Cap为电池的容量，OCV为电池的容量特性；SOC-温度-SOE的三维曲线map图随着电池健康状态的下降而更新。
考虑了温度因素，温度也是影响电池剩余可用能量的重要因素，建立电池剩余能量SOE与SOC和温度的三维map图表能够快速的响应环境温度的变化所带来的可用能量的变化。
S2：建立滑动积分窗口，在窗口内计算电池实际能量输出值；
在实时运算过程中，在k时刻建立，从k-t时刻开始积分的时间长度为t的滑动积分窗口，电池端电压为v，电流为i，计算窗口内的实际输出电量为：
Figure BDA0002244923020000051
其中，Ek为窗口内实际输出电量，电流为电池端总线电流，电压为电池端总线电压；积分窗口包括时间窗口、SOC窗口和里程窗口。
本发明适用于各类化学材料体系的动力电池，包括磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂、钛酸锂等，同时在计算中考虑了电池的电压和电流的实时变化，使得估算的电池剩余可用能量值更加准确。
S3：计算积分窗口对应SOC区间内的电池总能量，并与电池实际能量相除，获得当前积分窗口的能量转换效率值；
k-t时刻对应的SOC(k-t)通过查表获得电池剩余能量SOE(k-t)，k时刻对应的SOC(k)通过查表获得电池剩余能量SOE(k)，窗口内的总剩余能量为：ek＝SOE(k-t)-SOE(k)，能量转换效率值：η＝Ek/ek*100％，ek为窗口内的总剩余能量，η为能量转换效率值。
电池能量效率计算的实时性高，能够根据当前的环境工况实时反映到电池的剩余可用能量，利用电池能量效率对电池剩余可用能量进行估算，使得估算出的电池剩余可用能量值更加准确。
S4：能量转换效率值与电池剩余总能量相乘，获得电池剩余可用能量；
k时刻的电池剩余能量为SOE(k)，k时刻的剩余可用能量为：SOUE(k)＝SOE(k)*η
S5：积分窗口平滑滑动，更新迭代计算下一时刻的能量转换效率值，并估计下一时刻的电池剩余可用能量。
窗口滑动，从k时刻滑动到k+n时刻，同理，建立从k+n-t时刻开始到k+n时刻的长度为t的窗口，计算k+n时刻的ηn，并计算k+n时刻的剩余可用能量SOUE(k+n)。
电池的温度、电压和电流在使用过程中是不断变化的，将电池的温度、电压和电流作为变量加入到电池剩余可用能量的估算，使得估算出的电池剩余可用能量值为实时值，更加准确地表达出在特定时刻设定温度、设定电压和设定电流的情况下的电池剩余可用能量，估算更加精准；同时利用电池能量效率进行计算，实时性高，且通过迭代的方式计算出下一时刻的电池能量效率，对电池剩余可用能量进行估算，因此得出的电池剩余可用能量值时实时值，使得估算更加准确。
本发明有以下优势：能够快速的响应环境温度的变化所带来的可用能量的变化；适用于各类化学材料体系的动力电池，包括磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂、钛酸锂等；电池能量效率计算的实时性高，能够根据当前的环境工况实时反映到电池的剩余可用能量，并准确估计电池剩余可用能量。

Claims (7)

1.一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：建立SOC-温度-SOE的三维曲线map图，其中SOC为电池剩余电量，SOE为电池剩余能量；
S2：建立滑动积分窗口，在窗口内计算电池实际能量输出值，具体包括：在实时运算过程中，在k时刻建立，从k-t时刻开始积分的时间长度为t的滑动积分窗口，电池端电压为v，电流为i，计算窗口内的实际输出电量为：
Figure FDA0003315829680000011
其中，Ek为窗口内实际输出电量，所述电流为电池端总线电流，所述电压为电池端总线电压；
S3：计算积分窗口对应SOC区间内的电池总能量，并与电池实际能量相除，获得当前积分窗口的能量转换效率值；
S4：能量转换效率值与电池剩余总能量相乘，获得电池剩余可用能量；
S5：积分窗口平滑滑动，更新迭代计算下一时刻的能量转换效率值，并估计下一时刻的电池剩余可用能量。
2.根据权利要求1所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，步骤S1具体包括：初始离线环境下，根据电池的温度，OCV曲线，电池额定容量和SOC，建立电池剩余能量SOE与SOC和温度的三维map图，其中，SOE＝SOC*OCV*Cap，Cap为电池的容量，OCV为电池的容量特性。
3.根据权利要求1所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，步骤S3具体包括：k-t时刻对应的SOC(k-t)通过查表获得电池剩余能量SOE(k-t)，k时刻对应的SOC(k)通过查表获得电池剩余能量SOE(k)，窗口内的总剩余能量为：ek＝SOE(k-t)-SOE(k)，能量转换效率值：η＝Ek/ek*100％，ek为窗口内的总剩余能量，η为能量转换效率值。
4.根据权利要求3所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，步骤S4具体包括：k时刻的电池剩余能量为SOE(k)，k时刻的剩余可用能量为：SOUE(k)＝SOE(k)*η。
5.根据权利要求4所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，步骤S5具体包括：窗口滑动，从k时刻滑动到k+n时刻，同理，建立从k+n-t时刻开始到k+n时刻的长度为t的窗口，计算k+n时刻的ηn，并计算k+n时刻的剩余可用能量SOUE(k+n)。
6.根据权利要求1所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，所述步骤S1中SOC-温度-SOE的三维曲线map图随着电池健康状态的下降而更新。
7.根据权利要求1所述的一种估计电池剩余可用能量的方法，其特征是，所述积分窗口包括时间窗口、SOC窗口和里程窗口。
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