CN116872787A - 一种基于bms充电模式的电池剩余充电时间计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源汽车电池管理技术领域，具体涉及一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，在与充电设备连接后，BMS将实时获取电池当前温度并与预设充电模式中的多个模式对应的设定温度进行匹配，以匹配出电池对应当前温度的充电模式，再依据该充电模式对电池进行充电，并实时更新该充电模式下电池的预测温度和当前电池预测SOC，并根据预测温度和预测SOC，更新充电电流、切换充电模式，重复步骤S1直至当前电池预测SOC满足预设的中断充电条件；计算匹配出的一个或多个充电模式下剩余充电时间的叠加值，能够准确评估不同温度环境下的电池剩余充电时间。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车电池管理技术领域，具体涉及一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，BMS)作为电动汽车的核心部件之一，一直是电动汽车研发的重点。随着电动汽车智能化的发展，剩余充电时间的估算精度也成为电动汽车关键指标参数。随着电动汽车的增加，充电桩的合理使用十分关键，部分充电桩为了提高充电桩利用率，提出了超时费。准确的估计电池剩余充电时间能够帮助用户合理安排车辆充电时间，提升用户的用车效率，避免出现长时间占用充电桩出现超时费用的情况。
电动汽车的剩余充电时间受到很多因素的影响，具体如下：
一、在充电过程中充电电流受电池的充放电能力，充电设备(充电桩，车载充电机)的充电能力限制，导致在充电过程电流会变化，难以通过单一的电流计算剩余充电时间；
二、电池的温度和充电性能与电动汽车的热管理系统，环境温度等诸多因素相关，在充电过程环境温度的变化和热管理的模型复杂，难以通过系统的数学公式描述电池充电过程中温度的变化，从而无法准确评估低温环境或者高温环境下电池充电性能。
三、剩余充电时间的计算不仅仅与以前的工况相关，还与未来的电池工作工况相关，如何预测电池未来充电时刻的充电能力和充电速率是现有技术中亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，以解决背景技术中提出的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，所述方法包括：
S1：在与充电设备连接后，BMS将实时获取的电池当前温度与预设充电模式中多个模式对应的设定温度进行匹配，以匹配出电池对应当前温度的充电模式，再依据该充电模式对电池进行充电，并实时更新该充电模式下电池的预测温度和当前电池预测SOC，并根据预测温度和预测SOC，更新充电电流、切换充电模式；
S2：重复步骤S1直至当前电池预测SOC满足预设的中断充电条件，则置BMS内中断充电标志位为有效，并计算匹配出的一个或多个充电模式下剩余充电时间的叠加值，对所述叠加值进行平滑处理以生成电池剩余充电时间。
进一步改进在于，步骤S1中，预先设定的充电模式包括：
仅加热模式，其对应设定温度为T1，当实时获取的当前温度T0＜T1时，BMS启动所述仅加热模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
边加热边充电模式，其对应设定温度为T2，当实时获取的当前温度T0为T1＜T0＜T2时，BMS启动所述边加热边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
仅冷却模式，其对应设定温度为T3，当实时获取的当前温度T0＞T3时，BMS启动所述仅冷却模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
边冷却边充电模式，其对应设定温度为T4，当实时获取的当前温度T0为T3＞T0＞T4时，BMS启动所述边冷却边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
正常充电模式，其对应设定温度为大于等于T2或小于等于T4，当实时获取的当前温度T0≥T2或T0≤T4时，BMS启动所述正常充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
其中，对应模式下设定温度的具体关系为：T3>T4>T2>T1。
在一些实施例中，对应模式下的设定温度取值为：T1取0℃，T2取5℃，T3取60℃，T4取55℃。
进一步改进在于，所述仅加热模式中，充电剩余时间t1为：
式中，tr为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。
进一步改进在于，所述边加热边充电模式中，剩余充电时间t2为：
式中，tr1为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。
进一步改进在于，所述仅冷却模式中，剩余充电时间t3为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
进一步改进在于，所述边冷却边充电模式中，剩余充电时间t4为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
进一步改进在于，所述正常充电模式中，剩余充电时间t5为：
式中，tr3为预先测定的BMS电池充电电流系数，R为BMS电池内阻，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流。
进一步改进在于，步骤S2中，预设的中断充电条件包括：当前电池预测SOC大于截止充电SOC。
进一步改进在于，所述当前电池预测SOC为：
预测SOC＝充电当前SOC+i*t6/电池总容量
其中，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流，t6为对应充电模式下的剩余充电时间。
进一步改进在于，步骤S2中，对所述叠加值基于预设条件进行平滑处理，设平滑修正因子为a，预设条件为：
(1)在仅加热模式和仅冷却模式，充电电流≤0A，每间隔一分钟，剩余充电时间＝叠加值-1分钟；
(2)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，充电电流＞0A时，剩余充电时间＝a*叠加值-1分钟，其中，0.2＜a＜5；
(3)当SOC>99％时，0.5＜a＜2；
(4)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，电流≤0A时,剩余充电时间保持不变；
(5)BMS电池满充之前，剩余充电时间最小为1min。
(6)BMS电池满充之后，剩余充电时间为0min。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将电池充电过程分解为预设在BMS内的多个充电模式，通过BMS对电池的当前温度进行实时更新，匹配出适合当前温度下的充电模式，并依据该模式计算剩余充电时间，通过一个或多个充电模式的充电剩余时间的叠加，能够准确评估不同温度环境下的电池剩余充电时间。
附图说明
图1是本发明中的方法框图；
图2是本发明中方法的执行流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1所示，本实施方式提供了一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，所述方法包括：
S1：在与充电设备连接后，BMS将实时获取的电池当前温度与预设充电模式中多个模式对应的设定温度进行匹配，以匹配出电池对应当前温度的充电模式，再依据该充电模式对电池进行充电，并实时更新该充电模式下电池的预测温度和当前电池预测SOC，并根据预测温度和预测SOC，更新充电电流、切换充电模式；
S2：重复步骤S1直至当前电池预测SOC满足预设的中断充电条件，则置BMS内中断充电标志位为有效，并计算匹配出的一个或多个充电模式下剩余充电时间的叠加值，对所述叠加值进行平滑处理以生成电池剩余充电时间。
在本实施例中，基于完整的充电过程各类工况集合，在不同的充电工况下，主导剩余充电时间的因素各不相同，为了简化电池充电过程的数学模型，在软件层面将充电过程分解为仅加热阶段，边加热边充电阶段，仅冷却阶段，边冷却边充电阶段和非加热非冷却正常充电阶段作为整个充电过程的基本工况，并将各阶段定义为充电模式。
进一步的，步骤S1中，预先设定的充电模式包括：
仅加热模式，其对应设定温度为T1，当实时获取的当前温度T0＜T1时，BMS启动所述仅加热模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
在低温情况下，锂电池充电电池负极会出现析锂情况，所以在整车充电过程中，当电池模组的当前温度≤仅加热温度(对应该模式下的设定温度T1)时，电池将通过PTC电阻或者其他模块对电池进行加热，使电池温度达到适合充电的温度。此阶段里面，电池包相当于一个被加热源，电池包具有较好的封闭性，此时电池的温升也近似于固定速率，电池的温升速率与电池的功率基本成正比，加热温升＝加热功率*加热温升系数。(加热电流温升系数在实车测试标定)。
边加热边充电模式，其对应设定温度为T2，当实时获取的当前温度T0为T1＜T0＜T2时，BMS启动所述边加热边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
在低温充电过程中，当前温度>仅加热温度(设定温度T2),此时整车系统会边给电池包加热并同时以较小的电流进行充电，电池包具有较好的封闭性，此时的电池的热源主要为整车系统加热，以及电池充电电流而产生的自加热。因此边加热边充电温升＝加热功率*加热温升系数+充电电流系数*电流^2*电池内阻。
仅冷却模式，其对应设定温度为T3，当实时获取的当前温度T0＞T3时，BMS启动所述仅冷却模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
在高温情况下，锂电池充电会导致锂电池寿命出现明显的衰减，所以在整车充电过程中，当电池模组的当前温度≥仅冷却温度(设定温度T3)时，整车电池将使用液冷或者油冷系统对电池进行冷却，使电池温度达到适合充电的温度。此阶段里面，电池包相当于一个被冷却源，电池包具有较好的封闭性，此时电池的冷却温升也近似于固定速率，电池的冷却温升与电池的功率基本成正比，冷却温升＝冷却功率*冷却温升系数。(冷却温升系数在实车测试标定)。
边冷却边充电模式，其对应设定温度为T4，当实时获取的当前温度T0为T3＞T0＞T4时，BMS启动所述边冷却边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
在高温充电过程中，当前温度<仅冷却温度(设定温度T4),此时整车系统会边给电池包冷却并同时以较小的电流进行充电，电池包具有较好的封闭性，此时的电池的热源主要为整车系统冷却和电池因为有充电电流而产生的自加热。因此边加热边充电阶段充电温升＝充电电流系数*电流^2*电池内阻-加热功率*冷却温升系数。
正常充电模式，其对应设定温度为大于等于T2或小于等于T4，当实时获取的当前温度T0≥T2或T0≤T4时，BMS启动所述正常充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度。
在常温或者适合电池充电的温度范围区间内，电池包根据当前的SOC和温度计算当前的充电电流然后按照此电流进行充电，由于在此区间内电池的内阻基本恒定，所以正常充电阶段充电温升＝充电电流系数*电流^2*电池内阻；(充电电流系数在实车测试标定，充电电流系数＝电池温升/电流^2)。
在本实施例中，不同电池的内阻可通过对电芯进行HPPC测试获取，通过在不同温度、不同SOC的电池电池内阻关系得到《温度-SOC-电池内阻关系表》。
进一步的，所述仅加热模式中，充电剩余时间t1为：
式中，tr为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。其中，加热功率为恒定。
进一步的，所述边加热边充电模式中，剩余充电时间t2为：
式中，tr1为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。
进一步的，所述仅冷却模式中，剩余充电时间t3为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
进一步的，所述边冷却边充电模式中，剩余充电时间t4为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
进一步的，所述正常充电模式中，剩余充电时间t5为：
式中，tr3为预先测定的BMS电池冷却温升系数，R为BMS电池内阻，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流。
在本实施例中，BMS电池加热温升系数、BMS电池冷却温升系数以及BMS电池冷却温升系数可通过在各对应工况温度下进行预先测定实验得到。
在本实施方式中，电池充电未连接时，在放电状态，设置剩余充电时间为默认值0min。
进一步的，步骤S2中，预设的中断充电条件包括：
当前电池预测SOC大于截止充电SOC。
进一步的，所述当前电池预测SOC为：
预测SOC＝充电当前SOC+i*t6/电池总容量；
其中，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流，t6为对应充电模式下的剩余充电时间。
进一步的，步骤S2中，对所述叠加值基于预设条件进行平滑处理，设平滑修正因子为a，预设条件为：
(1)在仅加热模式和仅冷却模式，充电电流≤0A，每间隔一分钟，剩余充电时间＝叠加值-1分钟；
(2)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，充电电流＞0A时，剩余充电时间＝a*叠加值-1分钟，其中，0.2＜a＜5；
(3)当SOC>99％时，0.5＜a＜2；
(4)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，电流≤0A时,剩余充电时间保持不变；
(5)BMS电池满充之前，剩余充电时间最小为1min。
(6)BMS电池满充之后，剩余充电时间为0min。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：在与充电设备连接后，BMS将实时获取的电池当前温度与预设充电模式中多个模式对应的设定温度进行匹配，以匹配出电池对应当前温度的充电模式，再依据该充电模式对电池进行充电，并实时更新该充电模式下电池的预测温度和当前电池预测SOC，并根据预测温度和预测SOC，更新充电电流、切换充电模式；
S2：重复步骤S1直至当前电池预测SOC满足预设的中断充电条件，则置BMS内中断充电标志位为有效，并计算匹配出的一个或多个充电模式下剩余充电时间的叠加值，对所述叠加值进行平滑处理以生成电池剩余充电时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：步骤S1中，预先设定的充电模式包括：
仅加热模式，其对应设定温度为T1，当实时获取的当前温度T0＜T1时，BMS启动所述仅加热模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
边加热边充电模式，其对应设定温度为T2，当实时获取的当前温度T0为T1＜T0＜T2时，BMS启动所述边加热边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
仅冷却模式，其对应设定温度为T3，当实时获取的当前温度T0＞T3时，BMS启动所述仅冷却模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
边冷却边充电模式，其对应设定温度为T4，当实时获取的当前温度T0为T3＞T0＞T4时，BMS启动所述边冷却边充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
正常充电模式，其对应设定温度为大于等于T2或小于等于T4，当实时获取的当前温度T0≥T2或T0≤T4时，BMS启动所述正常充电模式并将对应该模式下实时获取的当前温度T0作为充电起始温度；
其中，对应模式下设定温度的具体关系为：T3>T4>T2>T1。
3.根据权利要求2所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述仅加热模式中，充电剩余时间t1为：
式中，tr为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。
4.根据权利要求2所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述边加热边充电模式中，剩余充电时间t2为：
式中，tr1为预先测定的BMS电池加热温升系数，P1为BMS电池加热功率。
5.根据权利要求2所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述仅冷却模式中，剩余充电时间t3为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
6.根据权利要求2所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述边冷却边充电模式中，剩余充电时间t4为：
式中，tr2为预先测定的BMS电池冷却温升系数，P2为BMS电池冷却功率。
7.根据权利要求2所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述正常充电模式中，剩余充电时间t5为：
式中，tr3为预先测定的BMS电池充电电流系数，R为BMS电池内阻，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流。
8.根据权利要求1所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：步骤S2中，预设的中断充电条件包括：当前电池预测SOC大于截止充电SOC。
9.根据权利要求8所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：所述当前电池预测SOC为：
预测SOC＝充电当前SOC+i*t6/电池总容量
其中，i为BMS电池预设电流MAP表获取的迭代电流，t6为对应充电模式下的剩余充电时间。
10.根据权利要求7所述的一种基于BMS充电模式的电池剩余充电时间计算方法，其特征在于：步骤S2中，对所述叠加值基于预设条件进行平滑处理，设平滑修正因子为a，预设条件为：
(1)在仅加热模式和仅冷却模式，充电电流≤0A，每间隔一分钟，剩余充电时间＝叠加值-1分钟；
(2)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，充电电流＞0A时，剩余充电时间＝a*叠加值-1分钟，其中，0.2＜a＜5；
(3)当SOC>99％时，0.5＜a＜2；
(4)在边加热边充电模式、边冷却边充电模式以及正常充电模式中，电流≤0A时,剩余充电时间保持不变；
(5)BMS电池满充之前，剩余充电时间最小为1min。
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