CN112285585A - 考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式提供一种考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置，属于电池SOE的计算技术领域。所述计算方法包括：获取电池组当前的温度；根据预先拟合的曲线方程确定在所述温度下所述电池组的电池容量以及内阻；获取所述电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态。该计算方法及装置能够在排除温度和倍率的影响因素的情况下，准确计算出电池组的电池能量状态。

Description

考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置
技术领域
本发明涉及电池SOE的计算技术领域，具体地涉及一种考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置。
背景技术
受能源危机与环境危机的影响，电动汽车得到了很快的发展。针对电动汽车而言，锂电池荷电状态(State-of-Energy，SOE)是一项重要参数，通过SOE，电动汽车驾乘人员可以直接预估锂电池的剩余续航里程。SOE与电池容量直接相关，在不同温度以及不同倍率下，电池的容量差异很大，对SOE的准确估计造成影响。
当前一般采用查表预先计算不同温度的电池容量，以此估计电池能量，一般并不考虑电池倍率的影响，同时由于温度-容量表和倍率-容量表往往分开设计，导致在实际使用时计算量较大，并且在两个测量点间的电池容量难以获取，准确性低。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置，该计算方法及装置能够在排除温度和倍率的影响因素的情况下，准确计算出电池组的电池能量状态。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法，所述计算方法包括：
获取电池组当前的温度；
根据预先拟合的曲线方程确定在所述温度下所述电池组的电池容量以及内阻；
获取所述电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；
根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态。
可选地，所述获取电池组当前的温度具体包括：
获取所述电池组中每个单体电池的单体温度；
计算所有所述单体温度的平均值以得到所述温度。
可选地，所述曲线方程包括温度曲线方程，所述计算方法还包括：
获取所述电池组的电池容量随着温度变化的第一变化曲线；
根据公式(1)对所述第一变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述温度曲线方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3, (1)
其中，λ为电池组在温度T的情况下的电池容量和在常规温度情况下的电池容量的比值，A、B、C和D分别为待确定的系数。
可选地，所述曲线方程包括内阻曲线方程，所述计算方法还包括：
获取所述电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线；
采用预设的二次多项式/指数多项式对所述第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述内阻曲线方程。
可选地，所述根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态具体包括：
根据公式(2)计算在所述温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure BDA0002721527580000021
其中，ET,C为在温度T和充放电倍率C下的所述额定可用容量，Voc(t)为t时刻下SOC对应的开路电压，iE为所述充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的所述充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的所述电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻；
根据公式(3)计算当前的所述电池能量状态，
Figure BDA0002721527580000031
其中，SOE(t)为当前的时刻t的所述电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的所述电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
另一方面，本发明还提供一种考虑电池温度和倍率的电池能量状态的计算装置，所述装置包括：
温度测量模块，用于获取电池组的温度；
电流测量模块，用于获取所述电池组的电池电流；
处理器，用于：
接收所述电池组当前的温度；
根据预先拟合的曲线方程确定在所述温度下所述电池组的电池容量以及内阻；
获取所述电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；
根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态。
可选地，所述温度测量模块包括多个子模块，每个所述子模块设置于电池组的至少一个单体电池附近，用于测量所述单体电池的单体温度；
所述处理器进一步用于计算所有所述单体温度的平均温度。
可选地，所述处理器进一步用于：
获取所述电池组的电池容量随着温度变化的第一变化曲线；
根据公式(1)对所述第一变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述温度曲线方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3, (1)
其中，λ为电池组在温度T的情况下的电池容量和在常规温度情况下的电池容量的比值，A、B、C和D分别为待确定的系数。
可选地，所述处理器进一步用于：
获取所述电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线；
采用预设的二次多项式/指数多项式对所述第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述内阻曲线方程。
可选地，所述处理器进一步用于：
根据公式(2)计算在所述温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure BDA0002721527580000041
其中，ET,C为在温度T和充放电倍率C下的所述额定可用容量，Voc(t)为t时刻下SOC对应的开路电压，iE为所述充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的所述充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的所述电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻；
根据公式(3)计算当前的所述电池能量状态，
Figure BDA0002721527580000042
其中，SOE(t)为当前的时刻t的所述电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的所述电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
通过上述技术方案，本发明提供的考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置通过对电池组的温度、内阻与电池容量进行曲线拟合，得到曲线方程，并进一步该曲线方程计算电池组的电池能量状态，解决了现有技术中电池能量状态依赖分别查表以及受温度和倍率因素影响的技术缺陷，提高了计算出的电池能量状态的准确度。
本发明实施方式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
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法的流程图；
图2是根据本发明的一个实施方式的温度曲线方程的拟合过程的曲线图；以及
图3是据本发明的一个实施方式的考虑温度和倍率的电池能量状态的计算装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式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实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法的流程图。在图1中，该计算方法可以包括：
在步骤S10中，获取电池组当前的温度。在该实施方式中，获取该温度的方式可以是通过在电池组的周围设置温度传感器，并接收回传信号的方式来获取；也可以是通过电池组的辅助器件(例如电池管理系统等)来直接获取。在本发明的一个优选示例中，发明人考虑到电池组包括多个单体电池，而每个单体电池由于本身参数上的差异，例如内阻不同等，在工作时的发热量也会不同。因此，该步骤S10也可以是进一步在电池组的每个单体电池上分别设置一个或多个温度传感器，从而获得每个单体电池的温度，即单体温度。最后，以取所有单体温度的平均温度的方式来确定该电池组的温度。
在步骤S11中，根据预先拟合的曲线方程确定在该温度下电池组的电池容量以及内阻。其中，对于该预先拟合的曲线方程，针对电池容量和温度的关系、内阻和温度的关系可以分别包括温度曲线方程和内阻曲线方程。对于该温度曲线方程，可以是先获取电池组的电池容量(例如电池组的最大容量)随着温度变化的第一变化曲线，然后针对该第一变化曲线设置方程进行曲线拟合，从而得到该温度曲线方程。具体地，可以是根据公式(1)来设置该方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3, (1)
其中，λ为电池组在温度T的情况下的电池容量和在常规温度情况下的电池容量的比值，T为温度，A、B、C和D分别为待确定的系数。在本发明的一个示例中，经过大量实验数据的测定，系数A的数值可以为0.78323，系数B的数值可以为0.01752，系数C的数值可以为-3.81293E-4，系数D为2.20608E-6。将上述数值代入公式(1)后，其拟合的曲线图如图2所示。在图2中，拟合曲线为Fitted curve，第一变化曲线为Capacity。
对于该内阻曲线方程，则可以是先获取电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线，再采用预设的二次多项式/指数多项式对第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到该内阻曲线方程。
在步骤S12中，获取电池组当前的开路电压值以及充放电倍率。
在步骤S13中，根据电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定电池组当前的电池能量状态。具体地，可以是先根据公式(2)计算在温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure BDA0002721527580000071
其中，ET,C为在温度T和充放电倍率C下的额定可用容量，Voc(t)为t时刻下SOC对应的开路电压，iE为充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻；
然后再根据公式(3)计算当前的电池能量状态，
Figure BDA0002721527580000072
其中，SOE(t)为当前的时刻t的电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
另一方面，本发明还提供一种考虑电池温度和倍率的电池能量状态的计算装置，该装置可以包括温度测量模块01、电流测量模块02以及处理器03。其中，温度测量模块01可以用于获取电池组的温度。电流测量模块02可以用于获取电池组的电池电流。处理器03可以用于接收电池组当前的温度；根据预先拟合的曲线方程确定在温度下电池组的电池容量以及内阻；获取电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；根据电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定电池组当前的电池能量状态。
在本发明的一个实施方式中，发明人考虑到电池组包括多个单体电池，而每个单体电池由于本身参数上的差异，例如内阻不同等，在工作时的发热量也会不同。因此，温度测量模块01可以包括多个子模块。每个子模块可以设置于电池组的至少一个单体电池附近，用于测量单体电池的单体温度。而相应地，处理器03则可以进一步用于计算所有单体温度的平均温度。
在本发明的一个实施方式中，考虑到曲线方程可以包括温度曲线方程。那么该处理器03则可以进一步用于获取电池组的电池容量随着温度变化的第一变化曲线；根据公式(1)对第一变化曲线进行曲线拟合操作以得到温度曲线方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3, (1)
其中，λ为温度与电池容量的比值，T为温度，A、B、C和D分别为待确定的系数。
在本发明的一个实施方式中，考虑到曲线方程可以包括内阻曲线方程。那么该处理器03则可以进一步用于获取电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线；采用预设的二次多项式/指数多项式对第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到内阻曲线方程。
在本发明的一个实施方式中，针对确定电池能量状态的具体方式，处理器03可以进一步用于先根据公式(2)计算在温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure BDA0002721527580000091
其中，ET,C为在温度T和充放电倍率C下的额定可用容量，Voc(t)为t时刻下SOC对应的开路电压，iE为充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻。然后在根据公式(3)计算当前的电池能量状态，
Figure BDA0002721527580000092
其中，SOE(t)为当前的时刻t的电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
通过上述技术方案，本发明提供的考虑温度和倍率的电池能量状态的计算方法及装置通过对电池组的温度、内阻与电池容量进行曲线拟合，得到曲线方程，并进一步该曲线方程计算电池组的电池能量状态，解决了现有技术中电池能量状态依赖分别查表以及受温度和倍率因素影响的技术缺陷，提高了计算出的电池能量状态的准确度。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个可以是单片机，芯片等或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种考虑电池温度和倍率的电池能量状态的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
获取电池组当前的温度；
根据预先拟合的曲线方程确定在所述温度下所述电池组的电池容量以及内阻；
获取所述电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；
根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述获取电池组当前的温度具体包括：
获取所述电池组中每个单体电池的单体温度；
计算所有所述单体温度的平均值以得到所述温度。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述曲线方程包括温度曲线方程，所述计算方法还包括：
获取所述电池组的电池容量随着温度变化的第一变化曲线；
根据公式(1)对所述第一变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述温度曲线方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3， (1)
其中，λ为电池组在温度T的情况下的电池容量和在常规温度情况下的电池容量的比值，A、B、C和D分别为待确定的系数。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述曲线方程包括内阻曲线方程，所述计算方法还包括：
获取所述电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线；
采用预设的二次多项式/指数多项式对所述第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述内阻曲线方程。
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态具体包括：
根据公式(2)计算在所述温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure FDA0002721527570000021
其中，ET，C为在温度T和充放电倍率C下的所述额定可用容量，Voc(t)为t时刻下的SOC对应的开路电压，iE为所述充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的所述充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的所述电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻；
根据公式(3)计算当前的所述电池能量状态，
Figure FDA0002721527570000022
其中，SOE(t)为当前的时刻t的所述电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的所述电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
6.一种考虑电池温度和倍率的电池能量状态的计算装置，其特征在于，所述装置包括：
温度测量模块，用于获取电池组的温度；
电流测量模块，用于获取所述电池组的电池电流；
处理器，用于：
接收所述电池组当前的温度；
根据预先拟合的曲线方程确定在所述温度下所述电池组的电池容量以及内阻；
获取所述电池组当前的开路电压值以及充放电倍率；
根据所述电池组的开路电压值、内阻、温度以及充放电倍率确定所述电池组当前的电池能量状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述温度测量模块包括多个子模块，每个所述子模块设置于电池组的至少一个单体电池附近，用于测量所述单体电池的单体温度；
所述处理器进一步用于计算所有所述单体温度的平均温度。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述曲线方程包括温度曲线方程，所述处理器进一步用于：
获取所述电池组的电池容量随着温度变化的第一变化曲线；
根据公式(1)对所述第一变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述温度曲线方程，
λ＝A+B·T+C·T2+D·T3， (1)
其中，λ为电池组在温度T的情况下的电池容量和在常规温度情况下的电池容量的比值，A、B、C和D分别为待确定的系数。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述曲线方程包括内阻曲线方程，所述处理器进一步用于：
获取所述电池组的内阻随着温度变化的第二变化曲线；
采用预设的二次多项式/指数多项式对所述第二变化曲线进行曲线拟合操作以得到所述内阻曲线方程。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器进一步用于：
根据公式(2)计算在所述温度和充放电倍率下的额定可用容量，
Figure FDA0002721527570000041
其中，ET，C为在温度T和充放电倍率C下的所述额定可用容量，Voc(t)为t时刻下SOC对应的开路电压，iE为所述充放电倍率C下的电池额定电流，tE为当前的所述充放电倍率C下的电池持续可放电时间，tE＝CT/iE，CT为温度T下的所述电池组的可用容量，RT为在温度T下的电池组的内阻；
根据公式(3)计算当前的所述电池能量状态，
Figure FDA0002721527570000042
其中，SOE(t)为当前的时刻t的所述电池能量状态，SOE(0)为初始状态下的所述电池能量状态，Voc(t)为当前的时刻t的SOC对应的开路电压，i(t)为当前的时刻t的电池电流。
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