CN112677769B - 基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法,属于新能源电池领域。该方法包括以下步骤:S1:依据电池系统温度和SOC作为基础影响因子;S2:计算电池系统最高单体电压和最低单体电压对电池系统功率限值估算的影响,在计算出电池系统功率限值基础值,需要考虑在电芯一致性差时电压因素的影响,并对基础值进行修正;S3:时间修正因子计算。考虑电池系统温度、SOC、单体电压、故障状态以及时间的限制,准确估算动力电池在当前状态下的功率限值。避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,同时避免故障状态下的系统滥用,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
Description
技术领域
本发明属于新能源电池领域,涉及基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法。
背景技术
作为新兴发展产业,电动汽车安全和寿命关系到行业的发展方向,影响新能源产业的可持续发展,必须重点关注和解决。由于电池系统当前功率限值估算不准确,行业内经常出现电池过充、过放、高温等故障,影响电池系统安全和寿命,严重者引发着火等重大安全事故,给用户带来巨大损失,也严重干扰了行业的发展。
动力电池系统的功率限值依据负载端的需求,有持续限值和峰值限值之分;持续限值是指动力电池当前状态下,允许在当前限值下持续充放电,峰值限值是指动力电池当前状态下,在一定时间内允许在当前限值下的充放电。目前新能源汽车动力电池系统功率限值估算,无论是持续限值和峰值限值,通常采用基于温度和SOC查表的方式给出,若整车负载端依据持续限值使用,显然功率太小,满足不了需求,若依据峰值限值使用,必须限定在一定时间内,否则会导致电池系统过充、过放和高温故障,影响系统安全和寿命。由于电芯一致性的差异,整车负载端在依据持续限值和峰值限值使用时,会因个别单体的首先过压和欠压导致电池系统停止充放电,进而影响车辆的正常使用。另外,在电池系统故障状态时,会加剧电池系统的寿命,影响系统安全。所以电池系统功率状态估算,需要考虑系统温度、SOC、单体电压、故障状态以及时间的限制,通过一种多因素融合的方法,能够准确估算动力电池在当前状态下的功率限值,避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,同时避免故障状态下的系统滥用,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法,该方法包括以下步骤:
S1:依据电池系统温度和SOC作为基础影响因子,计算电池系统功率限值基础值,在动力电池允许使用最低温度点开始,每间隔10℃取点,从温度最低点开始,直至温度最高点;
S2:计算电池系统最高单体电压和最低单体电压对电池系统功率限值估算的影响,在计算出电池系统功率限值基础值,需要考虑在电芯一致性差时电压因素的影响,并对基础值进行修正;
S3:时间修正因子计算,定义电池系统峰值功率限制为Pa,满足持续时间为T,持续功率限值为Pb,在时间T内,电池系统能够满足最大功率限制Pa输出。
可选的,所述S1具体为:
电池系统SOC在0~100%范围内,以10%为间隔取点,分别对电池系统峰值限值进行测试,要求在规定时间内,电池系统不会出现过压、欠压或高温故障,不会影响电池系统安全和寿命;
依据不同温度和SOC作为二维因素,查表求出一定时间T内峰值限值Pm;
另外在温度间隔和SOC间隔区间,电池系统峰值限值采用线性插值方法求出;
考虑系统温度一致性和电压一致性影响,电池系统温度以最低温度点Tmin为参考,计算放电功率限值以系统最小SOCmin为参考,以计算充电功率限值系统最大SOCmax为参考,目的是实现系统最大保护。
可选的,所述S2具体为:
依据单体最高电压和最低电压,采取分阶梯限制的方式对电池系统充放电功率限制进行限制;计算电池系统放电功率限值时,定义系统里面最小单体电压为V,单体电压下限报警阈值为Vmin,整车负载端放电时,依据最小单体电压下拉范围不同,分阶梯制定修正因子;依据如下电压阶梯范围制定修正因子,单体最小单体电压越是接近Vmin修正因子越小;有如下规律0≤Adcn…≤Adc2≤Adc1;放电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命;
单体最低电压阶梯范围(V) | 修正因子(Adc) |
Vmin+X2≤V≤Vmin+X1 | Adc1 |
Vmin+X3≤V≤Vmin+X2 | Adc2 |
… | … |
Vmin≤V≤Vmin+Xn | Adcn |
V≤Vmin | 0 |
计算电池系统充电功率限值时,定义系统里面最大单体电压为V,单体电压上限报警阈值为Vmax,依据最大单体电压上升范围不同,分阶梯制定修正因子,最大单体电压越是接近Vmax修正因子越小,有如下规律0≤Achn…≤Ach2≤Ach1;在阶梯电压范围内,充电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命;单体电压对电池功率限值影响控制流程图如图1。
单体最大电压阶梯范围(V) | 修正因子(Ach) |
Vmax-X2≤V≤Vmax-X1 | Ach1 |
Vmax-X3≤V≤Vmax-X2 | Ach2 |
… | … |
Vmax-Xn≤V≤Vmax | Achn |
V≥Vmax | 0 |
可选的,所述S3具体为:
若是负载端功率需求在Pa和Pb之间,持续时间大于T后,就需要进行功率限制;定义负载端实际功率需求为Pm,当实际功率在持续功率Pb和峰值功率Pa之间不同阶段时,且持续时间不同,制定不同的修正因子,且满足:Pa(a%-xn%)≤…≤Pa(a%-x1%)≤a%Pa;T≤T+t1…≤T+tn;At1≤At2…≤Atn≤1;需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命;时间对电池功率限值影响控制流程图如图2.
实际功率为Pm | 持续时间 | 修正因子(At) |
a%Pa≤Pm≤Pa | T | At1 |
(a%-x1%)Pa≤Pm≤a%Pa | T+t1 | At2 |
… | ||
Pb≤Pm≤Pa(a%-xn%) | T+tn | Atn |
Pm≤Pb | 持续 | 1 |
除上述修正因子外,当电池系统出现故障时,需要增加故障状态下的修正因子,修正因子依据故障严重程度决定,定义为Af,且Af≤1;
综合以上,受多因素的影响,电池系统充放电功率限值为:
Pdc=Pmdc*Adc*At*Af;Pch=Pmch*Ach*At*Af
基于温度和电压查表,求出一定时间内Pmdc和Pmch,再依据单体电压、时间以及故障状态求出修正因子Adc、Ach、At和Af,最终求出Pdc和Pch,通过此方案,准确估算动力电池在当前状态下的功率限值。基于多因素融合的电池系统功率限值估算流程图如图3。
本发明的有益效果在于:
1、基于多因素融合的电池系统功率限制估算方法,考虑电池系统温度、SOC、单体电压、故障状态以及时间的限制,准确估算动力电池在当前状态下的功率限值。避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,同时避免故障状态下的系统滥用,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
2、基于多因素融合的电池系统功率限制估算方法,基于温度与SOC计算电池系统功率限值基础值,其中充放电率限值计算以系统最高和最低SOC为参考;查表计算充放电功率限制时,采用线性插值方法。提高当前状态下电池系统功率限制估算精度,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
3、基于多因素融合的电池系统功率限制估算方法,依据单体最高电压和最低电压,采取分阶梯限制的方式对电池系统充放电功率限制进行限制。避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
4、基于多因素融合的电池系统功率限制估算方法,当实际功率在持续功率和峰值功率之间不同阶段时,依据持续时间不同,分阶梯制定不同的修正因子。避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
5、基于多因素融合的电池系统功率限制估算方法,当电池系统出现故障时,需要增加故障状态下的修正,并依据故障严重程度决定修正因子。避免电池系统故障状态下使用,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为单体电压对电池功率限值影响控制流程图;
图2为时间对电池功率限值影响控制流程;
图3为多因素融合的电池系统功率限值估算流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供一种多因素融合的方法,高精度估算电池系统在不同状态下的功率限值。本发明涉及影响电池系统功率限值的因素包括电池系统的最低温度和最高温度,电池系统的最高和最低SOC,电池系统最高单体电压和最低单体电压,功率持续时间以及电池系统的故障状态。电池系统的功率限值估算在以上因素影响和作用下输出最终限值,以下分别介绍各因子的计算逻辑:
首先,依据电池系统温度和SOC作为基础影响因子,计算电池系统功率限值基础值,在动力电池允许使用最低温度点开始,每间隔10℃取点,从温度最低点开始,直至温度最高点;电池系统SOC在0~100%范围内,以10%为间隔取点,分别对电池系统峰值限值进行测试,要求在规定时间内,电池系统不会出现过压、欠压或高温故障,不会影响电池系统安全和寿命。依据不同温度和SOC作为二维因素,查表求出一定时间T内峰值限值Pm。另外在温度间隔和SOC间隔区间,电池系统峰值限值采用线性插值方法求出。考虑系统温度一致性和电压一致性影响,电池系统温度以最低温度点Tmin为参考,计算放电功率限值以系统最小SOCmin为参考,以计算充电功率限值系统最大SOCmax为参考,目的是实现系统最大保护。
第二,计算电池系统最高单体电压和最低单体电压对电池系统功率限值估算的影响,在计算出电池系统功率限值基础值,需要考虑在电芯一致性差时电压因素的影响,并对基础值进行修正。依据单体最高电压和最低电压,采取分阶梯限制的方式对电池系统充放电功率限制进行限制。计算电池系统放电功率限值时,定义系统里面最小单体电压为V,单体电压下限报警阈值为Vmin,整车负载端放电时,依据最小单体电压下拉范围不同,分阶梯制定修正因子。依据如下电压阶梯范围制定修正因子,单体最小单体电压越是接近Vmin修正因子越小。有如下规律0≤Adcn…≤Adc2≤Adc1;放电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命。
单体最低电压阶梯范围(V) | 修正因子(Adc) |
Vmin+X2≤V≤Vmin+X1 | Adc1 |
Vmin+X3≤V≤Vmin+X2 | Adc2 |
… | … |
Vmin≤V≤Vmin+Xn | Adcn |
V≤Vmin | 0 |
同理,计算电池系统充电功率限值时,定义系统里面最大单体电压为V,单体电压上限报警阈值为Vmax,依据最大单体电压上升范围不同,分阶梯制定修正因子,最大单体电压越是接近Vmax修正因子越小,有如下规律0≤Achn…≤Ach2≤Ach1;在阶梯电压范围内,充电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命。
单体最大电压阶梯范围(V) | 修正因子(Ach) |
Vmax-X2≤V≤Vmax-X1 | Ach1 |
Vmax-X3≤V≤Vmax-X2 | Ach2 |
… | … |
Vmax-Xn≤V≤Vmax | Achn |
V≥Vmax | 0 |
第三,时间修正因子计算,定义电池系统峰值功率限制为Pa,满足持续时间为T,持续功率限值为Pb,在时间T内,电池系统可以满足最大功率限制Pa输出。若是负载端功率需求在Pa和Pb之间,持续时间大于T后,就需要进行功率限制。定义负载端实际功率需求为Pm,当实际功率在持续功率Pb和峰值功率Pa之间不同阶段时,且持续时间不同,制定不同的修正因子如下表,且满足:Pa(a%-xn%)≤…≤Pa(a%-x1%)≤a%Pa,T≤T+t1…≤T+tn;At1≤At2…≤Atn≤1。需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命。
除上述修正因子外,当电池系统出现故障时,需要增加故障状态下的修正因子,修正因子依据故障严重程度决定,定义为Af,且Af≤1。
综合以上,受多因素的影响,电池系统充放电功率限值为:
Pdc=Pmdc*Adc*At*Af;Pch=Pmch*Ach*At*Af
基于温度和电压查表,求出一定时间内Pmdc和Pmch,再依据单体电压、时间以及故障状态求出修正因子Adc、Ach、At和Af,最终求出Pdc和Pch,通过此方案,准确估算动力电池在当前状态下的功率限值,避免负载端过渡使用导致电池系统过充、过放及高温故障,同时避免故障状态下的系统滥用,保护电池系统安全,延长电池系统寿命。
实施例:
电动汽车动力电池系统,采用磷酸铁锂电池,系统额定容量为200AH,额定电压为500V;磷酸铁锂电池,单体电压的使用范围是2.5伏~3.65伏。在行车状态下,当电池系统最低温度为25℃,电池系统最低SOC为50%,电池系统最大SOC为55%,依据温度与SOC查表求出当前状态下最大放电功率为Pmdc=200KW,持续时间为60S,最大充电功率为Pmch=180KW,持续时间为60S。计算电池系统最高单体电压和最低单体电压对电池系统功率限值估算的影响,最低单体电压为3.22伏,求出修正因子Adc=0.6,最高单体电压为3.55伏,求出修正因子Ach=0.3;此时电池系统没有故障,所以Af=1。因实际负载端实际功率需求为150KW,持续时间为100S,查出时间修正因子为At=0.7,因此计算:
Pdc=Pmdc*Adc*At*Af=200*0.6*0.7*1=84KW;
Pch=Pmch*Ach*At*Af=180*0.3*0.7*1=37.8KW。其余温度和SOC状态下,功率限制计算同理计算。
如上,其他条件下的实施案例同理,可以分阶梯实现电动汽车高压安全保护。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
S1:依据电池系统温度和SOC作为基础影响因子,计算电池系统功率限值基础值,在动力电池允许使用最低温度点开始,每间隔10℃取点,从温度最低点开始,直至温度最高点;
S2:计算电池系统最高单体电压和最低单体电压对电池系统功率限值估算的影响,在计算出电池系统功率限值基础值,需要考虑在电芯一致性差时电压因素的影响,并对基础值进行修正;
S3:时间修正因子计算,定义电池系统峰值功率限制为Pa,满足持续时间为T,持续功率限值为Pb,在时间T内,电池系统能够满足最大功率限制Pa输出;
所述S3具体为:
若是负载端功率需求在Pa和Pb之间,持续时间大于T后,就需要进行功率限制;定义负载端实际功率需求为Pm,当实际功率在持续功率Pb和峰值功率Pa之间不同阶段时,且持续时间不同,制定不同的修正因子,且满足:Pa(a%-xn%)≤…≤Pa(a%-x1%)≤a%Pa;T≤T+t1…≤T+tn;At1≤At2…≤Atn≤1,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命:
除上述修正因子外,当电池系统出现故障时,需要增加故障状态下的修正因子,修正因子依据故障严重程度决定,定义为Af,且Af≤1;
综合电池系统温度、SOC、最高单体电压、最低单体电压、持续时间、故障状态的影响,电池系统充放电功率限值为:
Pdc=Pmdc*Adc*At*Af;Pch=Pmch*Ach*At*Af
基于电池系统温度和SOC值查表,求出一定时间内Pmdc和Pmch,再依据单体电压、时间以及故障状态求出修正因子Adc、Ach、At和Af,最终求出Pdc和Pch,估算动力电池在当前状态下的功率限值。
2.根据权利要求1所述的基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法,其特征在于:所述S1具体为:
电池系统SOC在0~100%范围内,以10%为间隔取点,分别对电池系统峰值限值进行测试,要求在规定时间内,电池系统不会出现过压、欠压或高温故障,不会影响电池系统安全和寿命;
依据不同温度和SOC作为二维因素,查表求出一定时间T内峰值限值Pm;
另外在温度间隔和SOC间隔区间,电池系统峰值限值采用线性插值方法求出;
考虑系统温度一致性和电压一致性影响,电池系统温度以最低温度点Tmin为参考,计算放电功率限值以系统最小SOCmin为参考,以计算充电功率限值系统最大SOCmax为参考,目的是实现系统最大保护。
3.根据权利要求1所述的基于多因素融合的电池系统功率限值估算方法,其特征在于:所述S2具体为:
依据单体最高电压和最低电压,采取分阶梯限制的方式对电池系统充放电功率限制进行限制;计算电池系统放电功率限值时,定义系统里面最小单体电压为V,单体电压下限报警阈值为Vmin,整车负载端放电时,依据最小单体电压下拉范围不同,分阶梯制定修正因子;依据如下电压阶梯范围制定修正因子,单体最小单体电压越是接近Vmin修正因子越小;有如下规律0≤Adcn…≤Adc2≤Adc1:
放电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命;计算电池系统充电功率限值时,定义系统里面最大单体电压为V,单体电压上限报警阈值为Vmax,依据最大单体电压上升范围不同,分阶梯制定修正因子,最大单体电压越是接近Vmax修正因子越小,有如下规律0≤Achn…≤Ach2≤Ach1:
在阶梯电压范围内,充电功率限值经修正因子限制后,需要满足在限制时间内不会影响电池系统安全和寿命。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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