CN112216886B

CN112216886B - 预估电池充电时间的方法及装置

Info

Publication number: CN112216886B
Application number: CN201911045007.4A
Authority: CN
Inventors: 马子月; 张建彪; 高攀龙; 李皓月; 朱枫
Original assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: CN112216886A

Abstract

本发明涉及电池技术领域，提供了一种预估电池充电时间的方法，包括：建立一充电时间MAP表；所述MAP表中包括N个温度区间、M个电压区间和元素Anm；所述N个温度区间所构成的区间单值且连续，所述M个电压区间所构成的区间单值且连续；所述MAP表中的元素Anm表示：当充电电流为请求电流，温度处于温度区间n内时，从电压区间m的低电压端点充电至高电压端点的充电时间；基于电池的充电初始温度及其变化值，获取所述电池从充电初始电压上升至充电截止电压所经历的P个电压区间对应的P个充电时间A1,…，Ap；1≤P≤M；对所述P个充电时间求和，得到所述电池的预估充电时间。本发明的实施方式适用于预估电池充电时间。

Description

预估电池充电时间的方法及装置

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种预估电池充电时间的方法和一种预估电池充电时间的装置。

背景技术

纯电动及混合动力汽车的充电时间是人们普遍关注的问题。准确的充电时间便于用户合理的安排自身时间，提升用户体验。

当前充电剩余时间的计算方法是由电池的剩余充电安时容量除以动力电池的输入电流所得，而考虑到充电过程中电流、温度以及电压的变化，再将得到的充电剩余时间乘以一个固定的修正系数，最终输出一个充电剩余时间。但是该方法存在以下缺点：剩余充电安时容量是通过额定安时容量减去剩余安时容量得到的，而电池剩余安时容量通常由电池剩余电量(SOC)乘以电池容量得到，但是SOC的计算是存在误差的，动力电池的输入电流并非恒定的，而是会根据整车的用电情况以及电池的请求电流变化，这导致充电剩余时间也会随之而改变，而固定的修正系数不好确定，而且误差较大，无法给用户提供一个准确的充电剩余时间。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种预估电池充电时间的方法及系统，以至少解决电池充电时间预估中的计算复杂和准确性差问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种预估电池充电时间的方法，所述方法包括：

基于电池的充电初始温度及其变化值，在充电时间MAP表中获取所述电池从充电初始电压上升至充电截止电压所经历的P个电压区间对应的P个充电时间A1,…，Ap；1≤P≤M；

所述MAP表中包括N个温度区间、M个电压区间和元素Anm；所述N个温度区间所构成的区间单值且连续，所述M个电压区间所构成的区间单值且连续；所述MAP表中的元素Anm表示：当充电电流为请求电流，温度处于温度区间n内时，从电压区间m的低电压端点充电至高电压端点的充电时间；

对所述P个充电时间求和，得到所述电池的预估充电时间。

可选的，所述方法还包括：对所述P个充电时间求和之前，基于调整条件采用对应的调整方法对所述充电时间进行调整。

可选的，所述调整条件包括：

当所述充电初始电压不等于其对应的电压区间的电压端点时；

当电压区间的实际充电电流不等于所述电压区间的请求电流时；或

当所述充电截止电压不等于其对应的电压区间的电压端点时。

可选的，所述调整方法包括：采用实验所得的预设系数对所述充电时间进行调整；所述预设系数为多个，所述预设系数与所述调整条件相对应。

可选的，所述基于充电初始温度及其变化值，在充电时间MAP表中获取所述电池从充电初始电压上升至充电截止电压所经历的P个电压区间对应的P个充电时间A1,…，Ap，包括：预估所述电池达到所述充电截止电压时的最终温度，计算所述最终温度与所述充电初始温度的温度差，则第p个电压区间对应的温度为：充电初始温度+温度差*((p-1)/P),P为经历的电压区间数目。

可选的，所述方法还包括：显示所述电池的充电剩余时间：

获取所述电池的已充电时间，采用所述预估充电时间减去所述已充电时间，得到所述充电剩余时间并进行显示。

可选的，所述方法还包括：在充电过程中，根据触发条件对所述充电剩余时间进行更新：

基于所述电池的当前温度及其变化值，获取电池从当前电压上升至充电截止电压所经历的Q个电压区间对应的Q个充电时间A1,…，Aq；1≤Q≤P≤M；

对所述Q个充电时间求和，得到所述电池的最新预估充电时间；

获取所述电池的已充电时间，采用所述最新预估充电时间减去所述已充电时间，得到所述最新充电剩余时间。

可选的，若所述最新充电剩余时间与最近一次的充电剩余时间之差小于预设时长，则不对所述最近一次的充电剩余时间进行更新。

可选的，所述触发条件包括：

达到预设的预估充电时间更新周期，或

所述电池的电压上升量达到设定阈值。

本发明第二方面还提供一种预估电池充电时间的装置，所述系统包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

所述处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现前述的预估电池充电时间的方法。

本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的预估电池充电时间的方法。

通过本发明提供的上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)未采用SOC计算充电时间，避免了SOC计算所带来的误差；

(2)通过对电压和温度进行了分组计算，考虑到了各个阶段请求电流不同导致的充电电流不同所引起充电时间的变化，提高了充电时间的计算精度；

(3)同时还设置了剩余时间的更新方式，既避免了充电时间的频繁跳变，又提升了充电时间的准确性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的预估电池充电时间的方法的流程示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的预估电池充电时间的方法的具体流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明一种实施方式提供的预估电池充电时间的方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供一种预估电池充电时间的方法，所述方法包括：

对所述P个充电时间求和，得到所述电池的预估充电时间。

如此，通过以充电MAP的温度范围和电压范围为边界，得到每个范围内以请求电流充电时所用的充电时间，从而得到一个充电时间MAP，然后根据充电初始时的电芯电压、温度在充电MAP中确定其位置，然后根据电芯电压以及充电电流计算得到其在这个位置内的充电时间，根据初始电芯电压和充电截止电压的压差、初始温度和电流确定温升，根据温升确定大于该位置后的电压范围所对应的温度范围，然后根据充电电流确定其在每个电压范围内的充电时间，最后将每个范围内计算得到的充电时间相加即为充电总时间。通过此方法避免了SOC计算所带来的误差，同时还提高了充电时间的计算精度。

具体的，在充电过程中，一般过程为根据当时的电芯电压以及温度查充电MAP表(如表1所示)得到一个充电请求电流，然后将请求电流发给充电装置，而后充电装置根据自身的功率给出一个不超过这个请求电流的最大输出电流，而在整个充电过程中，由于温度以及电芯电压的变化，充电请求电流也在随之变化，导致动力电池的输入电流也随之变化，因此使得充电剩余时间的计算十分困难。

表1充电MAP表(A)

本发明实施方式首先根据充电MAP表将温度和电压分为N和M个范围，得到对应的N×M个温度与电压范围，然后以每个范围内的充电请求电流测得该范围内的充电时间，例如温度范围[0℃,10℃)、电压范围[3.25V,3.5V)以及请求电流为35A，那么该范围内的充电时间为温度在0℃到10℃，输入电流为35A时，将动力电池单体电压从3.25V充到3.5V时所需的时间。待测得每个范围的充电时间后，可以得到如表2所示的充电时间MAP表。从表2可以看出，前述的“连续”是指在温度区间[-20,50)内，每个温度值均能匹配到一个温度区间，前述的“单值”是指每个温度值只能匹配到一个温度区间。电压值的“单值且连续”同理。以上限定避免了匹配区间的缺失和重复。

表2充电时间MAP表(min)

第二步：首先得到充电初始时的电芯电压Uinit、温度Tinit和充电电流Iinit，然后根据电芯电压Uinit和温度Tinit判断其属于充电时间MAP表中的哪个位置，得到该位置的温度范围[Tinitmin,Tinitmax)，电压范围[Uinitmin,Uinitmax)以及对应的充电时间Timeinit。

第三步：确定了初始电压范围后，将大于该电压范围到充电截止电压的电压范围个数记为m，即m个电压范围[Tinitmin_i,Tinitmax_i)(i＝1,2…m)，根据温度Tinit和充电电流Iinit以及初始电压Uinit和充电截止电压Ucut的压差确定充电过程中的温升△T，从而确定这m个电压范围所对应的温度范围，其中△T的分配方式在后文详述。根据充电时间MAP得到m个对应的充电时间Time_i(i＝1,2…m)，根据需要对Time_i进行调整后得到对应的Timereal_i；其调整方式在后文详述。则预估的充电总时间Time为

Time＝TimeinitUI+∑Timereal_i(i＝1,2…m)

其中，TimeinitUI为初始电压值对应的充电时间。

在本发明提供的一种实施方式中，所述方法还包括：对所述P个充电时间(即上一实施例中的m+1个充电时间)求和之前，基于调整条件采用对应的调整方法对所述充电时间进行调整。进一步的，所述调整条件包括：当所述充电初始电压不等于其对应的电压区间的电压端点时；当电压区间的实际充电电流不等于所述电压区间的请求电流时；或当所述充电截止电压不等于其对应的电压区间的电压端点时。对以上三种情况分别举例如下：(1)当所述充电初始电压不等于其对应的电压区间的电压端点时，若当前的充电初始电压为3.20V，其在表2中对应的电压区间为3.15≤U＜3.25，在5℃时，充电时间为110min；但是实际上该电池不是从3.15V开始上升的，而是从3.20V开始上升的，因此，匹配到的110min并不准确，需要对该时长进行调整。(2)当电压区间的实际充电电流不等于所述电压区间的请求电流时，表2中的充电时间是基于表1中对应的充电请求电流进行确定的。但是在实际充电过程中，实际充电电流不一定就等于充电请求电流，当两者相差太大时，表2中的充电时间和实际充电时间会存在较大误差，因此也需要对匹配到的时长进行调整。(3)当所述充电截止电压不等于其对应的电压区间的电压端点时；此处的情况和情形(1)类似，若充电截止电压为4V时，在5℃时，从3.85V上升到4V不是其匹配到的3.85≤U＜4.05区间所对应的60min，而是有相应的减少，同样需要调整。

在本发明提供的一种实施方式中，所述调整方法包括：采用实验所得的预设系数对所述充电时间进行调整；所述预设系数为多个，所述预设系数与所述调整条件相对应。举例如下：

根据Uinit在电压范围内的位置，将充电时间Timeinit乘以一个系数Ku(根据实车测试数据测得Ku的计算公式)，得到该初始电压在该电压范围内以请求电流充电所需要的时间TimeinitU，即：TimeinitU＝Timeinit×Ku；若在此基础上，满足前述的第(2)种情形，也需要进一步调整。比如：再将实际充电电流与该范围内请求电流做比较，将上一步中的TimeinitU乘以一个系数Ki(根据实车测试数据测得Ki的计算公式)，得到实际充电电流在该电压温度范围内的充电时间，即：TimeinitUI＝TimeinitU×Ki。前述的情形(3)的调整方式和情形(1)类似，此处不再重复。

除了初始区间和最末区间外，中间的电压区间主要是前述的第(2)种情形，即充电电流变化所带来的误差，因此通过以下方式进行修正调整。将m个范围内的请求电流Ireq_i(i＝1,2…m)与充电初始电流进行比较，当Iinit_i＜Ireq_i时，则将Time_i乘以一个系数Ku_i(根据实车测试数据测得Ku_i的计算公式)，得到电压范围内的充电时间Timereal_i，即：

Timereal_i＝Time_i×Ku_i

当Iinit_i≥Ireq_i时，该电压范围内的充电时间Timereal_i与充电时间MAP中得到的充电时间Time_i相等，即：Timereal_i＝Time_i，不做调整。

在本发明提供的一种实施方式中，所述基于充电初始温度及其变化值，包括：预估所述电池达到所述充电截止电压时的最终温度，计算所述最终温度与所述充电初始温度的温度差，则第p个电压区间对应的温度为：充电初始温度+温度差*((p-1)/P)。其中参数P为前述的P个电压区间。电池在充电过程中，电池本身大多会伴随着充电过程的进行而导致温度上升，在升温较大的情况下，需要考虑温度对电池充电时间的影响。以本实施方式举例如下：若预计电池的充电完成时，较充电初始温度上升10℃，其充电过程经历了5个区间，则第一个电压区间采用充电初始温度进行匹配，第二个电压区间采用充电初始温度加2℃进行匹配，第三个电压区间采用充电初始温度加4℃进行匹配，以此类推，第五个电压区间采用充电初始温度加8℃进行匹配。通过对电池升温进行估计和分配，使本实施方式中的电压区间匹配更加准确，避免了温度变化对预估充电时间的影响。

在本发明提供的一种实施方式中，所述方法还包括：显示所述电池的充电剩余时间：获取所述电池的已充电时间，采用所述预估充电时间减去所述已充电时间，得到所述充电剩余时间并进行显示。在充电过程中，多数场合需要对剩余充电时间进行显示，以提升用户的体验。即

TimeDisplay＝Time-TimeRemain

式中TimeRemain为距离上一次预估时刻的充电进行时间，Time为预估充电时间，TimeDisplay为显示充电时间，其会随着充电过程的进行逐渐减小。

在本发明提供的一种实施方式中，所述方法还包括：在充电过程中，根据触发条件对所述充电剩余时间进行更新：

基于所述电池的当前温度及其变化值，获取电池从当前电压上升至充电截止电压所经历的Q个电压区间对应的Q个充电时间A1,…，Aq；1≤Q≤P≤M；对所述Q个充电时间求和，得到所述电池的最新预估充电时间；获取所述电池的已充电时间，采用所述最新预估充电时间减去所述已充电时间，得到所述最新充电剩余时间。

但是充电电流并不是一成不变，除了充电请求电流的因素外，还有外在因素的影响，例如发生了故障、打开了空调等，因此需要在充电过程中对充电剩余时间进行修正，因此在充电过程中单体电压每上升100mV，则用上述方法计算得到一个新的预估充电时间，设为Time_j，此处的Time_j为当前时间距离充电完成的时间，即为最新的充电剩余时间。

在本发明提供的一种实施方式中，若所述最新充电剩余时间与最近一次的充电剩余时间之差小于预设时长，则不对所述最近一次的充电剩余时间进行更新。将Time_j与TimeDisplay进行比较，如果相差大于15min(该时长可预设)，即若|TimeDisplay-Time_j|＞15；则需要对显示充电时间TimeDisplay进行修正，将其以一定的速率逐渐变化，直到TimeDisplay＝Time_j，完成修正为止，然后重复上述步骤，直到充电完成。通过本实施方式，能够对剩余充电时间进行动态的更新，使显示的剩余充电时间更加符合实际剩余充电时间，提升用户的使用感受。

在本发明提供的一种实施方式中，所述触发条件包括：时间达到预设的预估充电时间更新周期，或所述电池的电压上升量达到设定阈值。本发明上一个实施方式中的计算新的充电时间的触发条件为充电过程中单体电压每上升100mV；实际上，本充电方式还能周期性地计算新的充电时间，比如每5分钟更新一次。此处的触发条件是可以根据具体的场景进行预设的。

在本发明提供的一种实施方式中，还提供了一种预估电池充电时间的装置，所述系统包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；

所述存储器，用于存储程序指令；

此处的数据处理模块具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统等。此处数据处理模块可以例如为单片机、芯片或处理器等常用硬件，更常用的情况下，就是智能终端或者PC的处理器。在此处，该装置可以是PMS(电池包管理系统)或BMS(电池管理系统)中的现有控制器，其实现的功能为该控制器的子功能。其具体形式为依赖于现有PMS中控制器的硬件运行环境中的一段软件代码。

在本发明提供的一种实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的预估电池充电时间的方法。

图2是本发明一种实施方式提供的预估电池充电时间的方法的具体流程示意图，此图的细节如前文所述，此处不再重复。

通过以上实施方式，避免了SOC计算所带来的误差，通过对电压和温度进行了分组计算，考虑到了各个阶段请求电流不同导致的充电电流不同所引起充电时间的变化，提高了充电时间的计算精度，同时还设置了剩余时间的更新方式，既避免了充电时间的频繁跳变，又提升了充电时间的准确性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种预估电池充电时间的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述MAP表中包括N个温度区间、M个电压区间和元素Anm；所述N个温度区间所构成的区间单值且连续，所述M个电压区间所构成的区间单值且连续；所述MAP表中的元素Anm表示：当充电电流为请求电流、温度处于温度区间n内时，从电压区间m的低电压端点充电至高电压端点的充电时间；

对所述P个充电时间求和，得到所述电池的预估充电时间；

所述方法还包括：对所述P个充电时间求和之前，基于调整条件采用对应的调整方法对所述充电时间进行调整；

所述调整方法包括：采用实验所得的预设系数对所述充电时间进行调整；所述预设系数为多个，所述预设系数与所述调整条件相对应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整条件包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于充电初始温度及其变化值，在充电时间MAP表中获取所述电池从充电初始电压上升至充电截止电压所经历的P个电压区间对应的P个充电时间A1,…，Ap，包括：预估所述电池达到所述充电截止电压时的最终温度，计算所述最终温度与所述充电初始温度的温度差，则第p个电压区间对应的温度为：充电初始温度+温度差*（(p-1)/P）, P为经历的电压区间数目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：显示所述电池的充电剩余时间：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在充电过程中，根据触发条件对所述充电剩余时间进行更新：

基于所述电池的当前温度及其变化值，获取电池从当前电压上升至充电截止电压所经历的Q个电压区间对应的Q个充电时间A1,…，Aq； 1≤Q≤P≤M；

所述最新预估充电时间即为最新充电剩余时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若所述最新充电剩余时间与最近一次的充电剩余时间之差小于预设时长，则不对所述最近一次的充电剩余时间进行更新。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述触发条件包括：

达到预设的预估充电时间更新周期；或

所述电池的电压上升量达到设定阈值。

8.一种预估电池充电时间的装置，其特征在于，系统包括数据处理模块；所述数据处理模块包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储程序指令；

所述处理器用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现权利要求1至7中任一项权利要求所述的预估电池充电时间的方法。