CN115825753A - 一种锂离子电池功率状态估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池功率状态估算方法,包括以下步骤:S01.从电芯采集板获取电池的基本信息;S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续;S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续;S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值;S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值;S06.获取当前工况下的实车放电电流,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流,获取当前最大输出功率Pmax。本发明的有益效果在于:估算结果精度。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,特别涉及一种锂离子电池功率状态估算方法。
背景技术
SOP(State ofPower,电池功率状态)是指电动汽车动力电池在下一时刻以及持续的大电流时,所能够提供的最大放电功率。SOP的精确估算可以最大限度地提高电池的利用效率。比如在刹车时可以尽量多的吸收回馈的能量而不伤害电池。在加速时,可以提供更大的功率获得更大的加速度而不伤害电池。同时,也可以保证车辆即使在SOC(stateofcharge,电池荷电状态)很低的行驶过程中,也不会因为欠压或者过流保护而失去动力。尤其是在低温、低SOC态或者老化了的动力锂离子电池,即低SOC、低SOH(state ofhealth,电池健康状态)态来说,SOP的估算精度显得尤为重要。例如在低温下,电池的DCR(directcurrent internal resistance,直流阻抗)成指数性增长。此时,同样的SOC下,电池如果还以大电流放电,则会出现电压的骤降,容易导致电池的过放。
目前市场上对电动汽车动力电池进行SOP的保护已经慢慢出现,常见的保护策略则是在试验室条件下测出电池的内阻,然后根据电池的电压估算电池的SOP,并将不同条件下的SOP值写入BMS(battery management system,电池管理系统)算法中,一旦电动汽车在实际运行中触发SOP保护阈值时,则对电池包的输出功率进行限制,进而起到对电池的保护作用。
然而,试验室数据并不能完全代表实车数据,在电动汽车或储能电站等大量使用锂电子动力电池的场合中,其实际运行的环境温度、充放电倍率、放电深度等与试验时参数有很大出入,单纯的试验室模拟量并不能完全代表实车工况,所以直接将实验室得到的RC网络参数用于实际工况将会导致实车SOP估算误差越来越大。
综上可知,电池的SOP描述的是电池的功率状态,通常用短时峰值功率值来表示,锂电子电池多工作于车辆起步、加速或刹车状态,为车辆提供或吸收瞬时的大功率。电池的输出输入的峰值功率直接影响车辆的快速启动、加速和紧急制动能力,进而关系到整车运行的安全性和可靠性。因此,精准的估算SOP就变得尤为重要。
发明内容
本发明实施例提供锂离子电池功率状态估算方法,能解决相关技术中单纯的试验室模拟量并不能完全代表实车工况,所以直接将实验室得到的RC网络参数用于实际工况将会导致实车SOP估算误差越来越大的问题。
一方面,本发明实施例提供了锂离子电池功率状态估算方法,
包括以下步骤:
S01.从电芯采集板获取电池的基本信息;
S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续;
S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续;
S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值;
S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值;
S06.获取当前工况下的实车放电电流,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流,获取当前最大输出功率Pmax。
在一些实施例中,所述S01.从电芯采集板获取电池的基本信息,包括所有电芯单体的电压,每个电池模组的温度,分别对每个数据进行有效性判断,剔除无效值后计算单体电压最大值,电池温度最大值,电池温度最小值。
在一些实施例中,所述S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续,包括以下步骤:
S021.根据SOC值,最高温度值查放电持续电流表,得到持续电流值I持续1;
S022.按SOC值,最低温度值查放电持续电流表,得到另一个持续电流值I持续2;
S023.将两个电流值I持续1,I持续2取小作为当前电池系统的最大持续放电电流I持续。
在一些实施例中,所述S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续,包括以下步骤:
S031.获取电池系统的总电压;
S032.获取步骤S02中得到的最大持续放电电流I持续;
S033.根据公式P=I*U得出最大的持续放电功率限制P持续。
在一些实施例中,所述S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值,包括以下步骤:
S041.根据SOC值,最高温度值查放电峰值电流表,得到峰值电流值I峰值1;
S042.按SOC值,最低温度值查放电峰值电流表,得到另一个峰值电流值I峰值2;
S043.将两个电流值I峰值1,I持续2取小作为当前电池系统的最大峰值放电电流I峰值。
在一些实施例中,所述S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值,包括以下步骤:
S051.获取电池系统的总电压;
S052.获取步骤S04中得到的最大持续峰值放电电流I峰值;
S053.根据公式P=I*U得出最大的峰值放电功率限制P峰值。
在一些实施例中,获取当前工况下的实测放电电流I实际,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流I实际,获取当前实际功率P实际,获取功率切换方式,并根据功率切换方式获取当前最大输出功率Pmax。
在一些实施例中,所述功率切换方式如下:
A01.将系统刚启动时,以峰值功率P峰值作为限制值;
A02.输出的实际功率P实际大于持续功率P持续,且该状态持续时间达到Ts,允许的实际功率P实际降为持续功率P持续;
A03.T的计算按矩形法遵循面积相等的原则,以峰值功率P峰值的面积(峰值*10s)除以实际功率P实际换算峰值功率P峰值可持续的时间为T:
T=峰值功率P峰值*10s/实际功率P实际;
A04.输出的实际功率P实际小于等于持续功率P持续,且该状态持续时间达到15s,允许的功率上升为峰值功率P峰值;
A05.若输出的实际功率P实际一直在持续功率P持续以下,则允许的最大输出功率Pmax一直维持在峰值功率P峰值;
A06.功率切换需线性处理,切换速率不可超过10kw/s;
A07.切换速率为10kw/s和持续功率切换为峰值功率的时间15s作为标定量,可按电芯特性和整车实际需求标定处理。
在一些实施例中,还包括如下步骤:
S07.获取脉冲表及持续表;
S08.在脉冲表及持续表的范围内,同时结合各种故障类型,判断系统可输出的最大电流。
在一些实施例中,按上述步骤S01至步骤S06的方式,将放电电流限制表更换为充电电流限制表,从而获取充电功率估算方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括:本算法结合实验室测试出的电池可承受的持续的和峰值的充放电最大能力,实车的使用工况,电池所处的环境条件等诸多因素综合估算车辆的最优功率状态,估算结果精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明锂离子电池功率状态估算方法的流程图;
图2为本发明锂离子电池功率状态估算方法的功率切换的示意图;
图3为本发明的电芯峰值回充功率极限mapping表;
图4为本发明的电芯持续回充功率极限mapping表;
图5为本发明的电芯峰值放电功率极限mapping表;
图6为本发明的电芯持续放电功率极限mapping表。
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的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1所示,本发明实施例提供了锂离子电池功率状态估算方法,包括以下步骤:
S01.从电芯采集板获取电池的基本信息;
S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续;
S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续;
S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值;
S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值;
S06.获取当前工况下的实车放电电流,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流,获取当前最大输出功率Pmax。
可选的,所述S01.从电芯采集板获取电池的基本信息,包括所有电芯单体的电压,每个电池模组的温度,分别对每个数据进行有效性判断,剔除无效值后计算单体电压最大值,电池温度最大值,电池温度最小值。
本实施例中,电芯单体电压参见《单体电芯性能参数表》如下:
其次,关于电芯持续可用功率,参见图6所示,电芯持续放电功率极限mapping表,不同SOC,不同温度下对应不同的放电功率极限值;
此数据获取的测试条件由电芯厂按电芯的实际特性制定,比如将电芯的SOC,和电芯所处的环境温度调整到对应的SOC(SOC1),温度点(T1),以不同的倍率C1对电池放电,测量电芯在此条件下的温升数据,当温升数据控制在T0℃,认为此时的倍率是电芯在SOC1,温度T1点的最大放电倍率;
参见图4所示,电芯持续回充功率极限mapping表,不同SOC,不同温度下对应不同的回充功率极限值;
此数据获取的测试条件由电芯厂按电芯的实际特性制定,比如将电芯的SOC,和电芯所处的环境温度调整到对应的SOC(SOC2),温度点(T2),以不同的倍率C2对电池充电,测量电芯在此条件下的温升数据,当温升数据控制在T0℃,认为此时的倍率C2是电芯在SOC2,温度T2点的最大充电倍率。
同时,关于电芯峰值可用功率,参见图5所示,电芯峰值放电功率极限mapping表,不同SOC,不同温度下对应不同的放电功率极限值;
此数据获取的测试条件由电芯厂按电芯的实际特性制定,比如将电芯的SOC,和电芯所处的环境温度调整到对应的SOC(SOC3),温度点(T3),以不同的倍率C3对电池放电,测量电芯在此条件下的温升数据,当温升数据控制在T0℃,认为此时的倍率C3是电芯在SOC3,温度T3点的最大放电倍率;
参见图3所示,电芯峰值回充功率极限mapping表,不同SOC,不同温度下对应不同的放电功率极限值;
此数据获取的测试条件由电芯厂按电芯的实际特性制定,比如将电芯的SOC,和电芯所处的环境温度调整到对应的SOC(SOC4),温度点(T4),以不同的倍率C4对电池充电,测量电芯在此条件下的温升数据,当温升数据控制在T0℃,认为此时的倍率C4是电芯在SOC4,温度T4点的最大充电倍率。
并且,获取提供功率矩阵表方法:
B01.充放电功率随SOC和温度进行线性变化,不能出现大幅度跳变,变化速率小于10A/S;
B02.功率表中温度和SOC对应允许充电/回馈电流仅表示该温度点和SOC值下对应电流值,两个温度点之间其他温度点对应电流值以线性比例方法进行插值,两个SOC点之间其他SOC点对应电流值同样以线性比例方法进行插值;
B03.对于一个确定的某温度下SOC值,如按照温度线性插值和按照SOC线性插值得到的电池允许放电电流不一致,以二者较小值为准;
可选的,所述S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续,包括以下步骤:
S021.根据SOC值,最高温度值查放电持续电流表,得到持续电流值I持续1;
S022.按SOC值,最低温度值查放电持续电流表,得到另一个持续电流值I持续2;
S023.将两个电流值I持续1,I持续2取小作为当前电池系统的最大持续放电电流I持续。
可选的,所述S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续,包括以下步骤:
S031.获取电池系统的总电压;
S032.获取步骤S02中得到的最大持续放电电流I持续;
S033.根据公式P=I*U得出最大的持续放电功率限制P持续。
可选的,所述S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值,包括以下步骤:
S041.根据SOC值,最高温度值查放电峰值电流表,得到峰值电流值I峰值1;
S042.按SOC值,最低温度值查放电峰值电流表,得到另一个峰值电流值I峰值2;
S043.将两个电流值I峰值1,I持续2取小作为当前电池系统的最大峰值放电电流I峰值。
可选的,所述S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值,包括以下步骤:
S051.获取电池系统的总电压;
S052.获取步骤S04中得到的最大持续峰值放电电流I峰值;
S053.根据公式P=I*U得出最大的峰值放电功率限制P峰值。
可选的,获取当前工况下的实测放电电流I实际,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流I实际,获取当前实际功率P实际,获取功率切换方式,并根据功率切换方式获取当前最大输出功率Pmax。
参见图2所示,可选的,所述功率切换方式如下:
A01.将系统刚启动时,以峰值功率P峰值作为限制值;
A02.输出的实际功率P实际大于持续功率P持续,且该状态持续时间达到Ts,允许的实际功率P实际降为持续功率P持续;
A03.T的计算按矩形法遵循面积相等的原则,以峰值功率P峰值的面积(峰值*10s)除以实际功率P实际换算峰值功率P峰值可持续的时间为T:
T=峰值功率P峰值*10s/实际功率P实际;
A04.输出的实际功率P实际小于等于持续功率P持续,且该状态持续时间达到15s,允许的功率上升为峰值功率P峰值;
A05.若输出的实际功率P实际一直在持续功率P持续以下,则允许的最大输出功率Pmax一直维持在峰值功率P峰值;
A06.功率切换需线性处理,切换速率不可超过10kw/s;
A07.切换速率为10kw/s和持续功率切换为峰值功率的时间15s作为标定量,可按电芯特性和整车实际需求标定处理。
可选的,还包括如下步骤:
S07.获取脉冲表及持续表;
S08.在脉冲表及持续表的范围内,同时结合各种故障类型,判断系统可输出的最大电流。
可选的,按上述所述的步骤S01至步骤S06的方式,将放电电流限制表更换为充电电流限制表,从而获取充电功率估算方法。
本实施例中,充电电流限制表与放电电流限制表如下:
I’max(SOC,T,10) ----放电电流脉冲值(查脉冲表)
I’max(SOC,T) ----放电电流持续值(查持续表)
IC’max(SOC,T,10) ----回馈电流脉冲值(查脉冲表)
IC’max(SOC,T) ----回馈电流持续值(查持续表)
通过以下步骤:
S01.从电芯采集板获取电池的基本信息;
S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续充电电流I充持续;
S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续充电电流I充持续,获取最大的持续充电功率限制P充持续;
S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值充电电流I充峰值;
S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值充电电流I充峰值,获取最大的峰值充电功率限制P充峰值;
S06.获取当前工况下的实车充电电流,结合步骤S03的最大的持续充电功率限制P充持续、步骤S04中的最大的峰值充电功率限制P充峰值及当前工况下的实际电流,获取当前最大输入功率P充max。
从而获取充电功率估算方法。
本发明的有益效果在于:本算法结合实验室测试出的电池可承受的持续的和峰值的充放电最大能力,实车的使用工况,电池所处的环境条件等诸多因素综合估算车辆的最优功率状态,估算结果精确。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”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,因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。
需要说明的是,在本申请中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,包括以下步骤:
S01.从电芯采集板获取电池的基本信息;
S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续;
S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续;
S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值;
S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值;
S06.获取当前工况下的实车放电电流,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流,获取当前最大输出功率Pmax。
2.权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述S01.从电芯采集板获取电池的基本信息,包括所有电芯单体的电压,每个电池模组的温度,分别对每个数据进行有效性判断,剔除无效值后计算单体电压最大值,电池温度最大值,电池温度最小值。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述S02.获取系统当前的SOC数据,并获取最大持续放电电流I持续,包括以下步骤:
S021.根据SOC值,最高温度值查放电持续电流表,得到持续电流值I持续1;
S022.按SOC值,最低温度值查放电持续电流表,得到另一个持续电流值I持续2;
S023.将两个电流值I持续1,I持续2取小作为当前电池系统的最大持续放电电流I持续。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述S03.获取电池系统的总电压,结合最大持续放电电流I持续,获取最大的持续放电功率限制P持续,包括以下步骤:
S031.获取电池系统的总电压;
S032.获取步骤S02中得到的最大持续放电电流I持续;
S033.根据公式P=I*U得出最大的持续放电功率限制P持续。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述S04.获取系统当前的SOC数据,并获取最大峰值放电电流I峰值,包括以下步骤:
S041.根据SOC值,最高温度值查放电峰值电流表,得到峰值电流值I峰值1;
S042.按SOC值,最低温度值查放电峰值电流表,得到另一个峰值电流值I峰值2;
S043.将两个电流值I峰值1,I持续2取小作为当前电池系统的最大峰值放电电流I峰值。
6.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述S05.获取电池系统的总电压,结合最大峰值放电电流I峰值,获取最大的峰值放电功率限制P峰值,包括以下步骤:
S051.获取电池系统的总电压;
S052.获取步骤S04中得到的最大持续峰值放电电流I峰值;
S053.根据公式P=I*U得出最大的峰值放电功率限制P峰值。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,获取当前工况下的实测放电电流I实际,结合步骤S03的最大的持续放电功率限制P持续、步骤S04中的最大的峰值放电功率限制P峰值及当前工况下的实际电流I实际,获取当前实际功率P实际,获取功率切换方式,并根据功率切换方式获取当前最大输出功率Pmax。
8.如权利要求7所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,所述功率切换方式如下:
A01.将系统刚启动时,以峰值功率P峰值作为限制值;
A02.输出的实际功率P实际大于持续功率P持续,且该状态持续时间达到Ts,允许的实际功率P实际降为持续功率P持续;
A03.T的计算按矩形法遵循面积相等的原则,以峰值功率P峰值的面积(峰值*10s)除以实际功率P实际换算峰值功率P峰值可持续的时间为T:
T=峰值功率P峰值*10s/实际功率P实际;
A04.输出的实际功率P实际小于等于持续功率P持续,且该状态持续时间达到15s,允许的功率上升为峰值功率P峰值;
A05.若输出的实际功率P实际一直在持续功率P持续以下,则允许的最大输出功率Pmax一直维持在峰值功率P峰值;
A06.功率切换需线性处理,切换速率不可超过10kw/s;
A07.切换速率为10kw/s和持续功率切换为峰值功率的时间15s作为标定量,可按电芯特性和整车实际需求标定处理。
9.如权利要求7所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,还包括如下步骤:
S07.获取脉冲表及持续表;
S08.在脉冲表及持续表的范围内,同时结合各种故障类型,判断系统可输出的最大电流。
10.如权利要求1所述的一种锂离子电池功率状态估算方法,其特征在于,按上述步骤S01至步骤S06的方式,将放电电流限制表更换为充电电流限制表,从而获取充电功率估算方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116885320A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池的功率输出方法、装置、设备、介质及产品 |
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2022
- 2022-12-06 CN CN202211558072.9A patent/CN115825753A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116885320A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池的功率输出方法、装置、设备、介质及产品 |
CN116885320B (zh) * | 2023-09-08 | 2024-03-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池的功率输出方法、装置、设备及介质 |
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PB01 | Publication | ||
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