CN114167289A - 一种电池输出功率的确定方法、装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种电池输出功率的确定方法、装置及车辆。该确定方法包括:获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据电池的电流变化速率和测量内阻值确定电芯内阻;根据电芯内阻确定电芯最大极化电压;获取多个功率脉谱,根据电芯内阻和多个功率脉谱确定各个功率脉谱对应的最大极化电压;根据电芯最大极化电压和各个功率脉谱对应的最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;根据功率脉谱确定输出功率。本发明实施例在充分利用电池性能的同时,保护异常状态下的电芯不被进一步损害。提高了电池性能和电池寿命。
Description
技术领域
本发明实施例涉及动力电池控制技术,尤其涉及一种电池输出功率的确定方法、装置及车辆。
背景技术
随着科技的发展和经济水平的提高,人们对电动汽车的要求逐渐提高。
对于电池输出功率的确定,目前主流解决方案均为通过查离线的功率脉谱(MAP)获得电池许用功率。但该方法存在较多问题,为避免电芯过放,目前的功率MAP切换策略普遍偏保守,导致电池性能无法被充分利用。同时,如果电池容量及内阻等参数出现异常变化,仍按原策略进行可能导致电芯过放,进一步对电芯造成损害。
发明内容
本发明提供一种电池输出功率的确定方法、装置及车辆,用以在充分利用电池性能的同时,保护异常状态下的电芯不被进一步损害。提高了电池性能和电池寿命。
第一方面,本发明实施例提供了一种电池输出功率的确定方法,包括:
获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电池的电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻;
根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压;
获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压;
根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
根据所述功率脉谱确定输出功率;
所述电流卷积切换策略包括:
根据所述电池的电流,确定电流卷积值;
通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱。
可选的,所述获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻包括,计算ROhm=(k1)*R1+(1-k1)*R2;
其中,ROhm为所述电芯内阻,R1为所述测量内阻值,R2为上一次计算得到的所述电芯内阻,k1为权重系数,所述电池的电流变化速率越大,则k1越大。
可选的,所述获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻还包括,如果所述电池的电流变化速率大于(k2)A/s,则更新ROhm;
其中,k2为所述电池的电流变化速率的可置信阈值。
可选的,所述根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压包括:
获取所述电池的电池荷电状态,通过所述电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取所述电池中各个电芯电压,将各个所述电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取所述电池的负载电流IL;
获取所述电芯内阻ROhm;
根据UPmax=CellOCV-ILROhm-CellVtgmin计算所述电芯最大极化电压UPmax。
可选的,所述获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压包括:
获取所述电池的电池荷电状态;
获取所述电池的温度;
根据所述电池的电池荷电状态和所述电池的温度,确定所述功率脉谱中与所述电池的电池荷电状态和所述电池的温度对应的功率PMAP;
获取所述电池的电芯串联数量CellNum;
获取所述电池中各个电芯电压,将各个所述电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取所述电池的电池荷电状态,通过所述电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取所述电芯内阻ROhm;
获取电芯电压最低限制CellVtglim;
根据UPMap=CellOCV-IMapROhm-CellVtglim计算与所述功率脉谱对应的最大极化电压UPMap。
可选的,所述根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略包括:
检测所述电芯最大极化电压是否超过当前使用的所述功率脉谱对应的所述最大极化电压;
若否,则检测所述电池是否处于限功率状态;
若否,则检测所述电芯最大极化电压是否低于放电时间短于当前使用的所述功率脉谱的最大极化电压的k3倍;
若否,使用所述电流卷积切换策略;
其中,0<k3<1。
可选的,所述根据所述电池的电流,确定电流卷积值包括:
获取电池等效电路模型时间常数τ;
获取所述电池的负载电流IL;
获取算法运行周期T;
其中,e为自然常数。
可选的,所述通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱包括:
检测所述电流卷积值是否超过当前使用的所述功率脉谱的电流卷积值;
若是,则将放电时间长于当前使用的所述功率脉谱的所述功率脉谱更新为当前使用的所述功率脉谱;
若否,则检测所述电流卷积值是否低于当前使用的所述功率脉谱的电流卷积值的k4倍;
若是,则将放电时间短于当前使用的所述功率脉谱的所述功率脉谱更新为当前使用的所述功率脉谱;
若否,则维持当前使用的所述功率脉谱不变;
其中,0<k4<1。
第二方面,本发明实施例还提供了一种电池输出功率的确定装置,包括:
电芯内阻确定模块,用于获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电池的电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻;
电芯最大极化电压确定模块,用于根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压;
功率脉谱最大极化电压确定模块,用于获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压;
功率脉谱切换模块,用于根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
所述电流卷积切换策略包括:
电流卷积值确定模块,用于根据所述电池的电流,确定电流卷积值;
电流卷积值对应功率脉谱切换模块,用于通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱。
第三方面,本发明实施例还提供了一种电力驱动车辆,包括上述的电池输出功率的确定装置。
本发明实施例获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据电池的电流变化速率和测量内阻值确定电芯内阻;根据电芯内阻确定电芯最大极化电压;获取多个功率脉谱,根据电芯内阻和多个功率脉谱确定各个功率脉谱对应的最大极化电压;根据电芯最大极化电压和各个功率脉谱对应的最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;根据功率脉谱确定输出功率;电流卷积切换策略包括:根据电池的电流,确定电流卷积值;通过电流卷积值确定与电流卷积值相对应的功率脉谱作为当前使用的功率脉谱。根据电芯最大极化电压和电芯内阻,选定最适合当前电池状态的功率脉谱作为当前使用的功率脉谱,避免因为电池并未处于默认状态导致的默认状态下的电池功率脉谱与当前电池状态不匹配,进而导致电池性能不能完全发挥,或者电池放电功率过大引发的电池受损问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电池输出功率的确定方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的一种确定电芯内阻方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的一种切换策略确定方法的流程图;
图4为本发明实施例提供的一种电流卷积值确定功率脉谱方法的流程图;
图5为本发明实施例提供的一种电池输出功率的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种电池输出功率的确定方法的流程图,参见图1。本发明实施例提供了一种电池输出功率的确定方法,其中包括:
S1:获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据电池的电流变化速率和测量内阻值确定电芯内阻;
其中,可以测量电池的电压和电流,并根据电池的电压和电流确定电池的测量内阻值。为了较准确的确定电池的测量内阻值,可选的,可以设定电池的电压和电流的更新周期小于10ms/次,电池的测量内阻值的获得时间与电池的电压和电流的测量时间之间的时间差小于5ms。
图2为本发明实施例提供的一种确定电芯内阻方法的流程图,参见图2。对于首次上电运行,可以通过查表的方式确定电芯内阻。如果并非首次上电运行,可以检测电流变化速率是否满足电芯内阻计算条件。由于电流变化速率越大时,测量内阻值的可信度越高。因此可以设定电芯内阻计算条件。可选的,如果电池的电流变化速率大于(k2)A/s,则更新ROhm;其中,k2为电池的电流变化速率的可置信阈值。k2可以根据实际需要确定。只有电流变化速率大于(k2)A/s时,才进行电芯内阻计算。由于计算结果可能会存在误差,如果计算得到的电芯内阻过大或者过小,则很有可能是由于电芯内阻的计算结果存在误差导致的,因此应该把这样的计算结果剔除。可以在得到电芯内阻的计算结果后,将电芯内阻与预先设定的电芯内阻上下限进行比对,如果电芯内阻处于电芯内阻上下限之间,则认为电芯内阻可信。否则不更新电芯内阻,维持上一次得到的电芯内阻值。
可选的,获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据电流变化速率和测量内阻值确定电芯内阻包括,计算ROhm=(k1)*R1+(1-k1)*R2;
其中,ROhm为电芯内阻,R1为测量内阻值,R2为上一次计算得到的电芯内阻,k1为权重系数,电池的电流变化速率越大,则k1越大。
其中,k1可以根据实际需要确定。本发明实施例提供的电芯内阻的计算方式可以根据电池的电流变化速率调节测量内阻值在电芯内阻的计算结果中的权重。通过上述方式进行电芯内阻的计算,可以提高电芯内阻的准确度。
S2:根据电芯内阻确定电芯最大极化电压;
其中,可以根据不同功率MAP和电池放电下限电压计算电池的许用电流;然后根据电池的许用电流计算电芯最大极化电压。通过电池荷电状态(SOC)进行查表可获得电芯开路电压(OCV电压),之后通过获取电芯内阻和电池的电流和电压,可实时计算电池最大极化电压,由于欧姆内阻计算相比极化内阻更为准确,该方法可以比使用1阶RC电池模型更好地估计电芯最大极化电压。通过该方法得到的电芯最大极化电压准确度更高。
可选的,根据电芯内阻确定电芯最大极化电压包括:
获取电池的电池荷电状态,通过电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取电池中各个电芯电压,将各个电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取电池的负载电流IL;
获取电芯内阻ROhm;
根据UPmax=CellOCV-ILROhm-CellVtgmin计算电芯最大极化电压UPmax。
S3:获取多个功率脉谱,根据电芯内阻和多个功率脉谱确定各个功率脉谱对应的最大极化电压;
可选的,获取多个功率脉谱,根据电芯内阻和多个功率脉谱确定各个功率脉谱对应的最大极化电压包括:
获取电池的电池荷电状态;
获取电池的温度;
根据电池的电池荷电状态和电池的温度,确定功率脉谱中与电池的电池荷电状态和电池的温度对应的功率PMAP;
获取电池的电芯串联数量CellNum;
获取电池中各个电芯电压,将各个电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取电池的电池荷电状态,通过电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取电芯内阻ROhm;
获取电芯电压最低限制CellVtglim;
根据UPMap=CellOCV-IMapROhm-CellVtglim计算与功率脉谱对应的最大极化电压UPMap。
通过以上方法,获取了不同功率MAP在特定SOC下对应的最大极化电压,长持续时间功率MAP对应的最大极化电压小于短持续时间的功率MAP对应的最大极化电压,据此可以设计功率MAP切换策略。
S4:根据电芯最大极化电压和各个功率脉谱对应的最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
可选的,根据电芯最大极化电压和各个功率脉谱对应的最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略包括:
检测电芯最大极化电压是否超过当前使用的功率脉谱对应的最大极化电压;
若否,则检测电池是否处于限功率状态;
若否,则检测电芯最大极化电压是否低于放电时间短于当前使用的功率脉谱的最大极化电压的k3倍;
若否,使用电流卷积切换策略;
其中,0<k3<1。
图3为本发明实施例提供的一种切换策略确定方法的流程图,参见图3。还可以在上述方案的基础上进行扩充。首先判断电芯最大极化电压是否超过当前使用的功率脉谱对应的最大极化电压。若是,则继续判断当前使用的功率MAP是否为持续功率MAP。若是,则进入限功率状态,以每秒k5%的速率降低许用功率,其中可以根据实际需要确定k5的取值。若否,则强制切换至更长时间功率MAP。如果电芯最大极化电压并未超过当前使用的功率脉谱对应的最大极化电压,则检测电池是否处于限功率状态。若是,则以每秒k6kW的速率提升许用功率,其中可以根据实际需要确定k6的取值。然后判断许用功率是否大于等于当前功率MAP。若是,则退出限功率状态,按持续功率MAP输出。若否,则维持限功率状态。如果电池并未处于限功率状态,则检测电芯最大极化电压是否低于放电时间短于当前使用的功率脉谱的最大极化电压的k3倍。若是,则强制切换至更短时间功率MAP。若否,使用电流卷积切换策略。
在使用持续功率MAP仍无法控制电池极化电压增加时,说明电芯参数已经发生了较严重的异常,此时进行持续降功率操作,直到极化电压小于指定阈值,可有效防止电芯欠压,提升了策略的鲁棒性,提升了电池系统的安全性及可用性。通过以上策略,可以保证在电芯容量或内阻异常时,仍不出现过放情况,实现了对电芯的有效保护,同时不影响电芯正常时功率能力的发挥。
S5:根据功率脉谱确定输出功率;
其中,可以获取当前的电池温度、电池荷电状态等信息,查找与上述信息所对应的功率脉谱上的输出功率。
电流卷积切换策略包括:
S6:根据电池的电流,确定电流卷积值;
其中,该步骤可以包括,根据电池离线数据获取电池等效电路模型时间常数;算法运行过程中,根据SOC和温度查表确定电池时间常数;根据卷积电流计算公式计算卷积后电流。
根据当前SOC和温度可以查表获得当前不同时长的功率MAP,根据功率MAP和电池SOC可以获得电池的电流MAP,根据各电流MAP可计算在当前SOC下对应的最大极化电压,当电池极化电压大于功率MAP对应的极化电压时,强制进行功率MAP切换。通过以上方法,可以有效保证电池在许用功率范围内使用不会发生欠压。
可选的,根据电池的电流,确定电流卷积值包括:
获取电池等效电路模型时间常数τ;
获取电池的负载电流IL;
获取算法运行周期T;
其中,e为自然常数。
其中,可以根据电池离线数据获取电池等效电路模型时间常数组,通过直流内阻测试(即HPPC测试)获得不同温度和SOC对应的电池等效电路模型时间常数。
S7:通过电流卷积值确定与电流卷积值相对应的功率脉谱作为当前使用的功率脉谱。
通过S6步骤,可以计算得到不同时长功率MAP在功率MAP对应时长下的电流卷积值,通过功率MAP电流卷积值和当前电流卷积值的对比,可以确定是否需要进行功率MAP切换。S7步骤如下:首先,判断当前卷积电流与MAP卷积电流关系。然后,根据判断结果进行功率MAP切换。
图4为本发明实施例提供的一种电流卷积值确定功率脉谱方法的流程图,参见图4。可选的,通过电流卷积值确定与电流卷积值相对应的功率脉谱作为当前使用的功率脉谱包括:
检测电流卷积值是否超过当前使用的功率脉谱的电流卷积值;
若是,则将放电时间长于当前使用的功率脉谱的功率脉谱更新为当前使用的功率脉谱;
若否,则检测电流卷积值是否低于当前使用的功率脉谱的电流卷积值的k4倍;
若是,则将放电时间短于当前使用的功率脉谱的功率脉谱更新为当前使用的功率脉谱;
若否,则维持当前使用的功率脉谱不变;
其中,0<k4<1。
图5为本发明实施例提供的一种电池输出功率的确定装置的结构示意图,参见图5。另一方面,本发明实施例还提供了一种电池输出功率的确定装置,其中包括:
电芯内阻确定模块1,用于获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据电池的电流变化速率和测量内阻值确定电芯内阻;
电芯最大极化电压确定模块2,用于根据电芯内阻确定电芯最大极化电压;
功率脉谱最大极化电压确定模块3,用于获取多个功率脉谱,根据电芯内阻和多个功率脉谱确定各个功率脉谱对应的最大极化电压;
功率脉谱切换模块4,用于根据电芯最大极化电压和各个功率脉谱对应的最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
电流卷积切换策略包括:
电流卷积值确定模块5,用于根据电池的电流,确定电流卷积值;
电流卷积值对应功率脉谱切换模块6,用于通过电流卷积值确定与电流卷积值相对应的功率脉谱作为当前使用的功率脉谱。
其中,本发明实施例所提供的电池输出功率的确定装置可执行本发明任意实施例所提供的电池输出功率的确定方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
另一方面,本发明实施例还提供了一种电力驱动车辆,其中包括上述电池输出功率的确定装置,该确定装置使用上述任一所述的电池输出功率的确定方法。
其中,本发明实施例所提供的电力驱动车辆可执行本发明任意实施例所提供的电池输出功率的确定方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种电池输出功率的确定方法,其特征在于,包括:
获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电池的电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻;
根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压;
获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压;
根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
根据所述功率脉谱确定输出功率;
所述电流卷积切换策略包括:
根据所述电池的电流,确定电流卷积值;
通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱。
2.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻包括,计算ROhm=(k1)*R1+(1-k1)*R2;
其中,ROhm为所述电芯内阻,R1为所述测量内阻值,R2为上一次计算得到的所述电芯内阻,k1为权重系数,所述电池的电流变化速率越大,则k1越大。
3.根据权利要求2所述的确定方法,其特征在于,所述获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻还包括,如果所述电池的电流变化速率大于(k2)A/s,则更新ROhm;
其中,k2为所述电池的电流变化速率的可置信阈值。
4.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压包括:
获取所述电池的电池荷电状态,通过所述电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取所述电池中各个电芯电压,将各个所述电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取所述电池的负载电流IL;
获取所述电芯内阻ROhm;
根据UPmax=CellOCV-ILROhm-CellVtgmin计算所述电芯最大极化电压UPmax。
5.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压包括:
获取所述电池的电池荷电状态;
获取所述电池的温度;
根据所述电池的电池荷电状态和所述电池的温度,确定所述功率脉谱中与所述电池的电池荷电状态和所述电池的温度对应的功率PMAP;
获取所述电池的电芯串联数量CellNum;
获取所述电池中各个电芯电压,将各个所述电芯电压中的最小值作为最低单体电压CellVtgmin;
获取所述电池的电池荷电状态,通过所述电池的电池荷电状态确定电芯开路电压CellOCV;
获取所述电芯内阻ROhm;
获取电芯电压最低限制CellVtglim;
根据UPMap=CellOCV-IMapROhm-CellVtglim计算与所述功率脉谱对应的最大极化电压UPMap。
6.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略包括:
检测所述电芯最大极化电压是否超过当前使用的所述功率脉谱对应的所述最大极化电压;
若否,则检测所述电池是否处于限功率状态;
若否,则检测所述电芯最大极化电压是否低于放电时间短于当前使用的所述功率脉谱的最大极化电压的k3倍;
若否,使用所述电流卷积切换策略;
其中,0<k3<1。
8.根据权利要求1所述的确定方法,其特征在于,所述通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱包括:
检测所述电流卷积值是否超过当前使用的所述功率脉谱的电流卷积值;
若是,则将放电时间长于当前使用的所述功率脉谱的所述功率脉谱更新为当前使用的所述功率脉谱;
若否,则检测所述电流卷积值是否低于当前使用的所述功率脉谱的电流卷积值的k4倍;
若是,则将放电时间短于当前使用的所述功率脉谱的所述功率脉谱更新为当前使用的所述功率脉谱;
若否,则维持当前使用的所述功率脉谱不变;
其中,0<k4<1。
9.一种电池输出功率的确定装置,其特征在于,包括:
电芯内阻确定模块,用于获取电池的电流变化速率和测量内阻值,根据所述电池的电流变化速率和所述测量内阻值确定电芯内阻;
电芯最大极化电压确定模块,用于根据所述电芯内阻确定电芯最大极化电压;
功率脉谱最大极化电压确定模块,用于获取多个功率脉谱,根据所述电芯内阻和多个所述功率脉谱确定各个所述功率脉谱对应的最大极化电压;
功率脉谱切换模块,用于根据所述电芯最大极化电压和各个所述功率脉谱对应的所述最大极化电压确定是否使用电流卷积切换策略;
所述电流卷积切换策略包括:
电流卷积值确定模块,用于根据所述电池的电流,确定电流卷积值;
电流卷积值对应功率脉谱切换模块,用于通过所述电流卷积值确定与所述电流卷积值相对应的所述功率脉谱作为当前使用的所述功率脉谱。
10.一种电力驱动车辆,其特征在于,包括权利要求9所述的电池输出功率的确定装置。
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