CN114019386A - 一种电动汽车充电剩余时间的估算方法及系统 - Google Patents

一种电动汽车充电剩余时间的估算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车充电剩余时间的估算方法，包括如下步骤：判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间；根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；若当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度跳转S1进行迭代循环；否则根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。本发明从热力学机理出发，充分考虑了电池的内阻，健康度，温度，容量等多种因素，利用电池在不同温度下内阻，容量，散热效果等估算电池的剩余充电时间，具有较好的准确性。

Description

一种电动汽车充电剩余时间的估算方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种电动汽车充电剩余时间的估算方法及系统。
背景技术
电动汽车以其无污染零排放、低噪声、经济实用等优点，在市场的渗透率快速提升。目前，绝大部分电动车电动汽车的充电时间较长，针对充电剩余时间的估算，相关技术通常是基于SOC、充电电流来简单估算充电剩余时间。由此可见，相关技术中所提供的充电剩余时间估算方法大都建立在起始充电温度不变、充电电流不变的前提下来计算，由于忽略了充电过程中温度的变化，导致最终估算得到的剩余充电时间与实际充电时间相差较大。
因此，亟需一种能够提供较高准确度的电动汽车充电剩余时间的估算方法。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中所指出的问题，提供一种具有较高准确度的电动汽车充电剩余时间的估算方法。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种电动汽车充电剩余时间的估算方法，包括如下步骤：
S1.判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间，执行S2；
否则直接执行S2；
S2.根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；
S3.若当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度跳转S1进行迭代循环；
否则根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。
进一步地，步骤S1中计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间采用如下公式算得：
Figure BDA0003335898640000021
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
进一步地，步骤S2中根据电池发热量和散热系数求取电池的温升具体包括：
S21.根据当前电池电量SOC和温度查表，获得焦耳内阻和极化内阻；
根据焦耳内阻、极化内阻以及充电电流，计算电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻；
S22.根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；
S23.根据当前温差查表，确定当前的散热系数；
S24.根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000031
上式中，
Figure BDA0003335898640000032
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
进一步地，步骤S2中综合电池SOH，采用安时积分法更新电池电量SOC具体包括：
S25.根据温度和电量查表，确定当前充电电流；
根据温度查表，确定当前电池容量；
S26.采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000041
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
进一步地，所述SOH根据电池循环充电次数确定。
本发明还提供一种电动汽车充电剩余时间的估算系统，包括：
判断单元，用于判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间；
第一处理单元，用于根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；
第二处理单元，用于当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC时，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度迭代循环，直至当前电池电量SOC大于或等于目标充电电量SOC，根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。
进一步地，判断单元包括：
预加热时间计算模块，用于采用如下公式算得预加热时间：
Figure BDA0003335898640000042
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
进一步地，第一处理单元包括：
发热量计算模块，用于根据当前电池电量SOC和温度查表，获得焦耳内阻和极化内阻；
根据焦耳内阻、极化内阻以及充电电流，计算电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻；
温差计算模块，用于根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；
散热系数确定模块，用于根据当前温差查表，确定当前的散热系数；
温升计算模块，用于根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000051
上式中，
Figure BDA0003335898640000061
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
进一步地，第一处理单元还包括：
充电电流确定模块，用于根据温度和电量查表，确定当前充电电流；
电池容量确定模块，用于根据温度查表，确定当前电池容量；
电量SOC更新模块，用于采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000062
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
进一步地，所述SOH根据电池循环充电次数确定。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明从热力学机理出发，充分考虑了电池的内阻，健康度，温度，容量等多种因素影响，利用电池在不同温度下内阻，容量，散热效果等估算电池的剩余充电时间，具有较好的准确性，改善了用户的体验，增强了车型的竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的电动汽车充电剩余时间的估算方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的估算方法框图；
图3为本发明实施例1提供的实际充电剩余时间与估算充电剩余时间的对比曲线示意。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
参考图1，图1示出了本实施提供的电动汽车充电剩余时间的估算方法的流程示意图。
经申请人研究发现，目前，绝大部分电动车电动汽车的充电时间较长，针对充电剩余时间的估算，相关技术通常是基于SOC、充电电流来简单估算充电剩余时间。由此可见，相关技术中所提供的充电剩余时间估算方法大都建立在起始充电温度不变、充电电流不变的前提下来计算，由于忽略了充电过程中温度的变化，导致最终估算得到的剩余充电时间与实际充电时间相差较大。
因此，本实施例提供一种具有较高准确度的电动汽车充电剩余时间的估算方法，具体方案如下：
方法包括如下步骤：
以某电动车为控制对象，首先需要输入如下已知参数：
电池的比热容：4.5668J/kg.K；
单体电池的质量：270g；
电池包的串并数：3P36S；
充电效率：95％；
正常充电温度：0℃；
温差-散热系数表：表1；温度-容量表：表2；电量-温度-焦耳内阻表：表3；电量-温度-极化内阻表：表4；以及电量-温度-充电电流表(SOP表)：
表5；在本实施例的一种实施方式中，各表如下所示：
Figure BDA0003335898640000081
表1.温差-散热系数表
Figure BDA0003335898640000082
表2.温度-容量表
Figure BDA0003335898640000091
表3.电量-温度-焦耳内阻表
Figure BDA0003335898640000092
表4.电量-温度-极化内阻表
Figure BDA0003335898640000093
表5.电量-温度-充电电流表(SOP表)
进一步地，采集充电时的当前电量、电池初始温度、环境温度以及目标充电电量，判断初始温度是否低于正常充电温度(一般为0℃)，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间；
本实施例的预加热时间采用如下公式算得：
Figure BDA0003335898640000094
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
进一步地，根据当前电池电量SOC和当前温度，对焦耳内阻和极化内阻进行查表，表格中间点通过二维线性插值获取，从而求取当前时刻的焦耳内阻和极化内阻；再根据当前的焦耳内阻、极化内阻及充电电流，求取电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻。
进一步地，根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；
再根据当前温差查温差-散热系数表，确定当前的散热系数。
进一步地，根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000101
上式中，
Figure BDA0003335898640000102
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
进而根据求取的温升更新电池温度；根据当前温度和电量，查SOP表，确定当前的充电电流；以及通过当前温度查温度-容量表，确定当前电池容量。
进一步地，根据当前容量、充电电流、充电效率、电池健康程度SOH，采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000111
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
进一步地，对更新后的当前电量SOC进行判断，若当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度跳转S1进行迭代循环；否则根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。需要说明的是，若电池的初始温度低于正常充电温度，则充电剩余时间为累计时间t和预加热时间之和，否则，充电剩余时间即取累计时间t。
以下以25℃作为电池当前温度、当前环境温度为25℃、当前电量为10％、标充电电量设置为100％为例，对本发明实施例所提供的方法进行仿真模拟；仿真结果见图3及下表：
Figure BDA0003335898640000112
Figure BDA0003335898640000121
表6.充电耗时表
需要说明的是，根据电池当前温度25℃大于正常充电温度0℃，因此预加热时间thot取0；而在本实施例中，健康程度SOH根据电池循环充电次数确定SOH，例如1500次衰减20％，则每一次衰减0.013％。
根据测试结果可知，采用本实施例提供的方法对充电剩余时间进行估算，估算充电剩余时间和实际剩余时间误差很小，最大误差小于5％；因此，本方法对充电剩余时间的估算具有较高的准确度。
本发明实施例还提供一种电动汽车充电剩余时间的估算系统，包括：
判断单元，用于判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间；
第一处理单元，用于根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；
第二处理单元，用于当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC时，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度迭代循环，直至当前电池电量SOC大于或等于目标充电电量SOC，根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。
进一步地，判断单元包括：预加热时间计算模块，用于采用如下公式算得预加热时间：
Figure BDA0003335898640000131
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
进一步地，第一处理单元包括：发热量计算模块，用于根据当前电池电量SOC和温度查表，获得焦耳内阻和极化内阻；根据焦耳内阻、极化内阻以及充电电流，计算电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻；温差计算模块，用于根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；散热系数确定模块，用于根据当前温差查表，确定当前的散热系数；温升计算模块，用于根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000132
上式中，
Figure BDA0003335898640000133
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
进一步地，第一处理单元还包括：充电电流确定模块，用于根据温度和电量查表，确定当前充电电流；电池容量确定模块，用于根据温度查表，确定当前电池容量；电量SOC更新模块，用于采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure BDA0003335898640000141
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
进一步地，所述SOH根据电池循环充电次数确定。
综上所述，本发明从热力学机理出发，充分考虑了电池的内阻，健康度，温度，容量等多种因素影响，利用电池在不同温度下内阻，容量，散热效果等估算电池的剩余充电时间，具有较好的准确性，改善了用户的体验，增强了车型的竞争力。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种电动汽车充电剩余时间的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间，执行S2；
否则直接执行S2；
S2.根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；
S3.若当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度跳转S1进行迭代循环；
否则根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。
2.如权利要求1所述的电动汽车充电剩余时间的估算方法，其特征在于，步骤S1中计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间采用如下公式算得：
Figure FDA0003335898630000011
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
3.如权利要求1所述的电动汽车充电剩余时间的估算方法，其特征在于，步骤S2中根据电池发热量和散热系数求取电池的温升具体包括：
S21.根据当前电池电量SOC和温度查表，获得焦耳内阻和极化内阻；
根据焦耳内阻、极化内阻以及充电电流，计算电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻；
S22.根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；
S23.根据当前温差查表，确定当前的散热系数；
S24.根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure FDA0003335898630000021
上式中，
Figure FDA0003335898630000022
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
4.如权利要求1所述的电动汽车充电剩余时间的估算方法，其特征在于，步骤S2中综合电池SOH，采用安时积分法更新电池电量SOC具体包括：
S25.根据温度和电量查表，确定当前充电电流；
根据温度查表，确定当前电池容量；
S26.采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure FDA0003335898630000031
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
5.如权利要求1所述的电动汽车充电剩余时间的估算方法，其特征在于，所述SOH根据电池循环充电次数确定。
6.一种电动汽车充电剩余时间的估算系统，其特征在于，包括：
判断单元，用于判断初始温度是否低于正常充电温度，若是，则计算初始温度加热至正常充电温度的预加热时间；
第一处理单元，用于根据电池发热量和散热系数求取电池的温升，进而根据求取的温升更新电池温度，综合电池SOH，采用安时积分法更新当前电池电量SOC；
第二处理单元，用于当前电池电量SOC小于目标充电电量SOC时，记录累计时间t，以更新后的电池温度作为初始温度迭代循环，直至当前电池电量SOC大于或等于目标充电电量SOC，根据累计时间t以及预加热时间计算得到充电剩余时间。
7.如权利要求6所述的电动汽车充电剩余时间的估算系统，其特征在于，判断单元包括：
预加热时间计算模块，用于采用如下公式算得预加热时间：
Figure FDA0003335898630000041
上式中，thot为预加热时间，Tin为正常充电温度，Tbatt为电池温度，dT为加热速率。
8.如权利要求6所述的电动汽车充电剩余时间的估算系统，其特征在于，第一处理单元包括：
发热量计算模块，用于根据当前电池电量SOC和温度查表，获得焦耳内阻和极化内阻；
根据焦耳内阻、极化内阻以及充电电流，计算电池的发热量，公式表示为：
Pbatt＝I2(Rc+Ro)
上式中，Pbatt为发热量，I为充电电流，Rc为极化内阻，Ro为焦耳内阻；
温差计算模块，用于根据当前电池温度和环境温度计算当前温差，公式表示为：
ΔT＝Tbatt-Tair
上式中，ΔT为温差，Tbatt为电池温度，Tair为环境温度；
散热系数确定模块，用于根据当前温差查表，确定当前的散热系数；
温升计算模块，用于根据电池的发热量和散热系数计算电池的温升，公式表示为：
Figure FDA0003335898630000051
上式中，
Figure FDA0003335898630000052
为单位时间的温升，h为散热系数，m为单体电池质量，p、s分别为电池的并串数，Cp为电池的比热容。
9.如权利要求6所述的电动汽车充电剩余时间的估算系统，其特征在于，第一处理单元还包括：
充电电流确定模块，用于根据温度和电量查表，确定当前充电电流；
电池容量确定模块，用于根据温度查表，确定当前电池容量；
电量SOC更新模块，用于采用安时积分法更新当前电量SOC，公式表示为：
Figure FDA0003335898630000053
上式中，I为充电电流，η为充电效率，Cn为当前电池容量，SOH为电池的当前健康程度。
10.如权利要求6所述的电动汽车充电剩余时间的估算系统，其特征在于，所述SOH根据电池循环充电次数确定。
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