CN112834931B - 电池充电剩余时间估算方法、装置及存储器 - Google Patents

电池充电剩余时间估算方法、装置及存储器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆电池充电技术领域，特别涉及一种动力电池的电池充电剩余时间估算方法及装置。同时，本发明还涉及一种存储器。本发明的电池充电剩余时间估算方法，包括如下步骤：设定步骤：建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；拟合步骤：依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；计算步骤：将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间。本方案充分考虑了充电过程中温度对电池包的影响，有效的提高了充电剩余时间的精度。

Description

电池充电剩余时间估算方法、装置及存储器
技术领域
本发明涉及车辆电池充电技术领域，特别涉及一种动力电池的电池充电剩余时间估算方法及装置。同时，本发明还涉及一种存储器。
背景技术
随着动力电池的推广及普及，动力电池的充电技术方面的研究越来越多。在充电过程中，对当前充电剩余时间的计算，成为了众多相关企业研究的一个热点。当前，充电剩余时间的计算方法是由电池的剩余容量除以动力电池的输入电流所得，由于需要考虑到充电过程中电流、温度以及电压的变化，因此，需要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。采用该方法，由于动力电池的输入电流并非恒定不变的，而是会根据整车的用电情况以及电池的请求电流变化，尤其是对于快充流程，充电电流比较大，也就导致电流的变化区间很广，这就给充电剩余时间的计算带来了很大难点，而且快充充电时间较短，因此对于充电剩余时间的精度也更高。同时当前的充电剩余时间算法均未考虑电池随着使用容量变化导致充电电流的降低，使得对于充电剩余时间的估算误差大大增加。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电池充电剩余时间估算方法，以提高电池充电剩余时间的精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池充电剩余时间估算方法，该方法包括如下步骤：
设定步骤：建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；
拟合步骤：依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；
计算步骤：将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间。
进一步的，该方法还包括显示步骤：对计算步骤获得的充电剩余时间进行显示。
进一步的，设定步骤中，充电模式包括低温充电模式，常温充电模式，以及高温充电模式。
进一步的，在设定步骤中，若充电电流和当前数据图不匹配，则依据充电电流，重新生成数据图。
进一步的，在设定步骤中，根据电池的老化程度，计算生成数据图。
进一步的，在设定步骤中，执行如下步骤生成数据图：
依据电池当前的开路电压VOCV以及充电电流值，获得电池充电升温过程中不同温度下的不同电压值；
以相邻两电压值的差值作为阶段性电量增量，并计算各阶段性电量增量对应的电池充电升温过程中不同温度下的充电时间，以生成数据图。
本发明同时提供了一种电池充电剩余时间估算装置，该装置包括：
设定模块，用于建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；
拟合模块，用于依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；
计算模块，用于将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间。
进一步的，该装置还包括：
显示模块，用于对计算步骤获得的充电剩余时间进行显示。
此外，本发明提供了一种存储器，存储有执行程序，所述执行程序以如上所述的电池充电剩余时间估算方法的步骤执行。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的电池充电剩余时间估算方法，通过建立充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及多种充电模式下的温升曲线，依据充电模式，选择相应的升温曲线，以和数据图进行拟合而获得阶段性电量增量下的多个充电时间，求和获得充电剩余时间的估算值，充分考虑了充电过程中温度对电池包的影响，有效的提高了充电剩余时间的精度。
本发明涉及的电池充电剩余时间估算装置及存储器，与本发明的电池充电剩余时间估算方法具有相应的效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的电池充电剩余时间估算方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例一的数据图和温度曲线拟合状态示意图；
图3为本发明实施例一的数据图和温度曲线拟合状态下温度曲线平移的示意图；
图4为本发明实施例二所述的电池充电剩余时间估算装置的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种电池充电剩余时间估算方法，该方法主要包括如下步骤：
设定步骤，建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；
拟合步骤，依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；
计算步骤，将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间。
通过建立充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及多种充电模式下的温升曲线，依据充电模式，选择相应的升温曲线，以和数据图进行拟合而获得阶段性电量增量下的多个充电时间，求和获得充电剩余时间的估算值，充分考虑了充电过程中温度对电池包的影响，有效的提高了充电剩余时间的精度。
基于如上整体设计思想，本实施例中，结合图1所示，在设定步骤中，主要是进行数据图设置，以及温升曲线设定。
其中，为了进一步提升充电剩余时间的估算精度，本实施例中，同时考虑了电池的SOH(电池老化程度)变化，以及充电设备(如充电桩)的最大输出电流是否满足充电要求的考虑。由于电池的SOH发生变化时，电池的容量以及电阻值会发生变化，或是在充电电流不满足充电需求的状况下，尤其在快充情况下，数据图中对应的阶段性电量增量也会不同，因此，在设定步骤中，基于该变化，需要对数据图中的数据进行重新计算以生成适配的数据图，以作为拟合的基础。
在获得电池SOH变化数据或是确定充电电流数据的前提下，由于充电过程中，单体电压是逐渐上升的过程，因此，采用如下的方式进行数据图中的数据生成：依据电池当前的开路电压VOCV以及充电电流值，获得电池充电升温过程中不同温度下的不同电压值；以相邻两电压值的差值作为阶段性电量增量，并计算各阶段性电量增量对应的电池充电升温过程中不同温度下的充电时间，以生成数据图。具体来讲：
在计算各个阶段性电量增量的充电剩余时间，需要计算出各个阶段对应的SOC(State ofcharge，即荷电状态)值，其可以在一阶电路等效模型的基础上，以如下计算公式，反算出动态电压对应的SOC值：
R＝Rs+Cp+Rp
Vn＝Vocv+R*l
上式中，Rs为：欧姆内阻；Cp为：极化电容；Rp为：极化电阻。
通过Vocv计算出不同目标下对应的电压值Vn，如V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7。此时，需要对获得的电压值Vn与目标电压V进行比较，以判断获得的电压值是否在误差范围之内。例如将误差值设定为0.01，若|V-Vn|＜0.01，则获得的电压值Vn符合要求。此时，即可根据计算结果，建立充电过程中不同温度下的温度与单体的SOC数值的对应表，其一种示例性的数据如下表所示：
T<sub>1</sub> T<sub>2</sub> T<sub>3</sub> T<sub>4</sub> T<sub>5</sub> T<sub>6</sub> T<sub>7</sub> T<sub>10</sub>
V1 90.1 93.2 93.9 96.7 97.2 97.2 98.3 98.3
V2 80.5 78.6 81.1 81.9 85.3 85.4 86.2 86.2
V3 53.9 50.6 54.2 54.7 59.2 60.2 60.2 61
V4 44.8 38.1 44.63 39.2 41.2 42.0 43.1 44
V5 19.0 11.8 10.8 17.4 17.9 17.8 18 18
V6 0.08 0 0 1.2 2 2.1 2.3 2.2
V7 0 0 0 0 0 0 0 0
依据如上结果，以相邻两电压值的差值作为阶段性电量增量，如V1-V2，V2-V3等，并根据此时请求电流值，计算各阶段性电量增量对应的电池充电升温过程中不同温度下的充电时间，以生成最终的数据图，其一种示例性的数据图结果，如下表所示：
T<sub>1</sub> T<sub>2</sub> T<sub>3</sub> T<sub>4</sub> T<sub>5</sub> T<sub>6</sub> T<sub>7</sub> T<sub>10</sub>
V1-V2 T11 T21 T31 T41 T51 T61 T71 T81
V3-V2 T12 T22 T32 T42 T52 T62 T72 T82
V4-V3 T13 T23 T33 T43 T53 T63 T73 T83
V5-V4 T14 T24 T34 T44 T54 T64 T74 T84
V5-V4 T15 T25 T35 T45 T55 T65 T75 T85
V6-V5 T16 T26 T36 T46 T56 T66 T76 T86
V7-V6 T17 T27 T37 T47 T57 T67 T77 T87
此外，设定步骤中，温升曲线的设置，一般有三种模式的温升曲线，即例如车辆制冷下的低温充电模式下对应的低温温升曲线，常温充电模式对应的常温温升曲线，以及例如车辆加热下的高温充电模式对应的高温升温曲线。各曲线在设置时的一种示例性的方程式可参照如下设置：
低温温升曲线：y＝a1X2+b1X+c1；
常温温升曲线：y＝a2X1+c2；
高温温升曲线：y＝a3X2+b3X+c3
上述方程式中的系数a1、b1、c1，a2、c2，a3、b3、c3可根据整车工况，进行估算获得。
基于如上的数据图，以及温升曲线，执行拟合步骤。此时，判断整车是否开启加热/制冷等热管理模式，以判断充电模式，选取对应的温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，根据MATLAB(MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，为矩阵工具)功能，以Curve fitting tool(曲线拟合工具)进行拟合，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；其一种示例性的拟合状态如图2所示。
图2示例中，温升曲线的起始点，在时间T16所对应的温度T1和阶段性电量增量V6-V5上，同时获取温升曲线经过的区域的时间T26、T36、T45、T54、T53、T62、T61。
基于获得的多个时间，执行计算步骤，即将将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间T＝T16+T26+T36+T45+T54+T53+T62+T61。
值得说明的是，基于图2所示，当充电起始电压、温度不同时，可以对温升曲线进行相应的平移，如一种示例性的平移状态如图3所示，此时，温升曲线的起始点对应的时间为T13，曲线经过的区域时间分别为T23,T32,T41,以此作为此状态下充电剩余时间的计算基础。
此外，需要注意的是，在拟合的过程中，温升曲线可能会在同一个温度值下贯穿两个时间区域，如图3所示的平移曲线后，V3-V2对应的T2列中，曲线贯穿了T22和T23两个时间区域，此时，在计算温度T2下的充电时间时，可以依据T22和T23的权重进行计算，例如可以根据经过两个区域的线段长度，设定线段长度的占比比例，以该比例作为T22或T23的权重，来计算温度T2下的充电时间。
基于如上描述，该方法在执行过程中，首先判断SOH值是否发生改变，如果发生改变，则进行OCV更新，并基于更新的OCV，生成新的数据图；如果SOH未发生改变，则采用原有的数据图。下一步判断充电设备的最大充电电流是否满足要求，如果不满足，则根据充电电流，重新生成新的数据图，如果满足要求，则判断充电装置最大输出电流。以上步骤，完成了实际使用状态下的数据图的设置。基于设定好的数据图，对车辆是否开启热管理的状态进行判定，以预测温升曲线，通过将温升曲线和数据体的拟合，获得多个阶段性充电时间，其后，将获得的多个阶段性充电时间累加，最终获得充电剩余时间。
此外，基于计算获得的剩余时间，还可设置显示步骤，以通过显示设备将充电剩余时间进行显示。
实施例二
本实施例涉及一种电池充电剩余时间估算装置，由图4所示，该装置包括：设定模块、拟合模块以及计算模块。其中，设定模块，用于建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；拟合模块，用于依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；计算模块，用于将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间。
此外，为了能够对计算获得的时间进行显示，该装置还包含一个显示模块，以用于对计算步骤获得的充电剩余时间进行显示。
值得说明的是，对于实施例一涉及的电池充电剩余时间估算方法，可以形成一个存储器，该存储器的主要核心控制部件可以采用CPU等具有数据处理功能的控制部件，以在该存储器加载有相应的执行程序时，由控制部件控制执行程序，以实施例一涉及的电池充电剩余时间估算方法的步骤执行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池充电剩余时间估算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
设定步骤：建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；
拟合步骤：依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；
计算步骤：将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间；
其中，在设定步骤中，执行如下步骤生成数据图：
依据电池当前的开路电压VOCV以及充电电流值，获得电池充电升温过程中不同温度下的不同电压值；
以相邻两电压值的差值作为阶段性电量增量，并计算各阶段性电量增量对应的电池充电升温过程中不同温度下的充电时间，以生成数据图。
2.根据权利要求1所述的电池充电剩余时间估算方法，其特征在于，该方法还包括显示步骤：对计算步骤获得的充电剩余时间进行显示。
3.根据权利要求1所述的电池充电剩余时间估算方法，其特征在于：设定步骤中，充电模式包括低温充电模式，常温充电模式，以及高温充电模式。
4.根据权利要求1所述的电池充电剩余时间估算方法，其特征在于：在设定步骤中，若充电电流和当前数据图不匹配，则依据充电电流，重新生成数据图。
5.根据权利要求1所述的电池充电剩余时间估算方法，其特征在于：在设定步骤中，根据电池的老化程度，计算生成数据图。
6.一种电池充电剩余时间估算装置，其特征在于该装置包括：
设定模块，用于建立电池充电升温过程中不同温度下的阶段性电量增量和所需阶段性充电时间对应关系的数据图，以及建立多种充电模式下的温升曲线；
拟合模块，用于依据充电模式，选取温升曲线，并依据电池的初始电压和初始温度，作为温升曲线和所述数据图拟合的起始点，获取温升曲线和数据图拟合下的多个阶段性充电时间；
计算模块，用于将获得的多个阶段性充电时间累加，获得充电剩余时间；
其中，在设定步骤中，执行如下步骤生成数据图：
依据电池当前的开路电压VOCV以及充电电流值，获得电池充电升温过程中不同温度下的不同电压值；
以相邻两电压值的差值作为阶段性电量增量，并计算各阶段性电量增量对应的电池充电升温过程中不同温度下的充电时间，以生成数据图。
7.根据权利要求6所述的电池充电剩余时间估算装置，其特征在于该装置还包括：
显示模块，用于对计算步骤获得的充电剩余时间进行显示。
8.一种存储器，存储有执行程序，其特征在于：所述执行程序以权利要求1至5中任一项所述的电池充电剩余时间估算方法的步骤执行。
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