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CN117022050B - 一种动力电池额定容量的计算方法、系统和介质 - Google Patents

一种动力电池额定容量的计算方法、系统和介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池额定容量的计算方法、系统和介质，获取电动车辆设定工况结束时的动力电池的真实SOC值；根据所述设定工况结束时动力电池的估算SOC值以及动力电池的平均额定容量得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量；根据所述所述设定工况结束时动力电池的剩余容量和所述设定工况结束时动力电池真实SOC值得到动力电池的额定容量；本发明解决现有电池额定容量计算方法需要室温环境及车辆慢充的条件带来的适用性和时效性不够问题，能够快速准确地得到动力电池的额定容量，显著提高动力电池SOC和SOH估算精度，有助于动力电池的合理使用，确保电动车辆安全基础上的高效驾驶。

Description

一种动力电池额定容量的计算方法、系统和介质
技术领域
本发明属于电池额定容量计算技术领域，具体涉及一种动力电池额定容量的计算方法、系统和介质。
背景技术
动力电池的额定容量是衡量动力电池性能的一个重要指标，额定容量指的是动力电池完全充满电后在25℃环境温度下以1/3C倍率的电流恒流放电到电池电压到达某一电压值（该电压值为动力电池厂家的设计值）为止，电流与时间的乘积值。动力电池SOC和SOH的估算需要依靠额定容量，即：
由于动力电池生产工艺控制存在一定程度的公差，动力电池单体间存在一致性问题（如静态开路电压间有压差），因此可能导致动力电池间的额定容量与实际有偏差，所以动力电池装车后要进行额定容量计算。
目前，用于车端的动力电池额定容量计算一般是在室温环境下车辆慢充工况进 行，具体过程为：当环境温度为25℃±5℃、车辆慢充时，记录慢充开始、结束时刻的电池 SOC1、SOC2，同时记录慢充全过程的电流I以及慢充持续时间t；通过将慢充过程中的电流I对 慢充持续时间t积分计算累计容量CC，即；将慢充过程的累计容量与慢充过程 中的SOC变化量做除法得到电池额定容量，即，但此方法存在如 下问题：
（1）适用性不够：现有技术计算动力电池额定容量需要室温环境及车辆慢充工况两个前提条件，满足这两个条件的车辆场景少，减少了车端动力电池额定容量计算的时机；
（2）时效性不够：车辆慢充时间一般为8~10h，也就意味着现有技术需要8~10h才能计算出动力电池额定容量，计算周期长。
发明内容
针对现有动力电池的额定容量计算方法需要室温环境及车辆慢充的条件带来的适用性和时效性不够问题，本发明技术方案提出一种更加便于车端操作、计算周期短的适用性和时效性强的一种动力电池额定容量的计算方案。
实现本发明目的之一的一种动力电池额定容量的计算方法，包括如下步骤：
S1、获取电动车辆设定工况结束时动力电池的真实SOC值和估算SOC值；根据所述动力电池的估算SOC值得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量；
S2、根据所述设定工况结束时动力电池的真实SOC值和剩余容量得到动力电池的额定容量。
上述技术方案中，所述步骤S1中，设定工况结束时的动力电池的真实SOC值的获取方法包括：
S101、获取设定工况结束时的动力电池的内阻RB；
S102、根据动力电池所处环境温度TA、动力电池的内阻RB与动力电池真实SOC值三者的映射关系，得到设定工况结束时的动力电池的真实SOC值；所述映射关系与车辆处于哪个阶段无关，与动力电池性能相关，其通过标定获得；
上述技术方案中，所述步骤S101中，获取设定工况结束时动力电池的内阻RB的方法的包括：
S1001、获取电动车辆设定工况结束时的电机控制器侧端电压UM和动力电池侧端电压UB；所述电压UM和UB从电池管理系统（BMS）中获取；
获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的电容之和CT；
获取电动车辆的高压回路中的预充电电阻阻值RP；
获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的总电阻RC；
S1002、根据设定工况的持续时长t、各容性控制器负载的电容之和CT、所述设定工况结束时的电机控制器（MCU）侧端电压UM、动力电池侧端电压UB、预充电电阻阻值RP和各容性控制器负载的总电阻RC计算所述动力电池的内阻RB。
上述技术方案中，所述设定工况为电动车辆的预充电工况。
实现本发明目的之二的一种动力电池额定容量的计算系统，包括真实SOC值获取模块、剩余容量计算模块、额定容量计算模块；
所述真实SOC值获取模块用于获取电动车辆设定工况结束时的动力电池的真实SOC值SOCR；
所述剩余容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池的估算SOC值SOCC得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量CR；
所述额定容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池真实SOC值SOCR和动力电池的剩余容量CR得到动力电池的额定容量CN。
实现本发明目的之三的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种动力电池额定容量的计算方法的任一步骤。
利用本发明所述的系统和方法，可以解决现有动力电池额定容量计算方法需要室温环境及车辆慢充的条件带来的适用性和时效性不够问题，本发明能够快速准确地得到动力电池的额定容量，显著提高动力电池SOC和SOH估算精度，有助于动力电池的合理使用，确保电动车辆安全基础上的高效驾驶。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程示意图；
图2是电动车辆常见的高压回路示意图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
S1、获取电动车辆设定工况结束时动力电池的真实SOC值SOCR和估算SOC值SOCC；根据所述动力电池的估算SOC值SOCC得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量CR；
本实施例中所述设定工况为电动车辆的预充电工况，此工况的持续时长较短，可以利用电动车辆的此工况，快速得到装载于车辆上的动力电池的额定容量；
所述预充电是电动车辆特有的一种电学行为，即电动车辆高压上电前需要进行预充电。电动车辆之所以需要进行预充电，是因为与动力电池相连的直流电路中有一些高压控制器负载（如电机控制器MCU、DCDC控制器、AC控制器及OBC控制器等）的前端都有较大电容，而这些电容充电前电压接近于0，动力电池端电压一般为300伏特以上，高压回路电阻一般小于100mΩ，如果没有预充电直接高压上电，那么高压上电瞬间回路最大电流可达3000A以上，容易造成继电器粘连或熔断器烧蚀或线束短路起火等电路故障。
如图2所示为电动车辆常见的高压回路示意图，通常电动车辆高压回路中的动力电池为能量供给源，本实施例中MCU、DCDC、AC及OBC为容性控制器负载，高压回路中有4个高压继电器，即：正极继电器、负极继电器、预充继电器及附件继电器，电路中的预充电阻起到限流作用。预充电过程就是同时吸合预充继电器、附件继电器及负极继电器，比较动力电池侧端电压UB与电机控制器侧端电压UM，当UM大于等于95%*UB即吸合正极继电器及断开预充继电器完成预充。
本实施例中，预充电工况结束时动力电池的估算SOC值SOCC从BMS系统中读取。
本实施例中，预充电结束时动力电池的真实SOC值SOCR的获取方法包括如下步骤：
S101、获取设定工况结束时的动力电池的内阻RB；
首先，电容充电时，电容、电压与时间关系公式如下：
（1）
式中：
Ut为电容实时电压；
U0为电容初始电压；
UACC为电源电压；
t为电动车辆的预充电时长；
R为电动车辆高压回路的阻值；
C为电容容值。
实际上在预充电过程开始时，电容上没有电荷，即U0等于0，则公式（1）可简化如下：
（2）
具体到图2中的电动车辆的高压回路，公式（2）中各参数的意义如下：
Ut为电动车辆预充电结束时的电机控制器（MCU）侧端电压UM；
UACC为电动车辆预充电结束时的动力电池侧端电压UB；
R为电动车辆高压回路中动力电池内阻的阻值、预充电阻阻值及所有电容（MCU前端电容、DCDC前端电容、AC前端电容及OBC前端电容）的总阻值；
C为电动车辆高压回路上的所有电容的容值和；
因此，对于电动车辆的高压回路而言，电容、电压与时间关系的计算式如下公式（3）所示：
（3）
式中：
CMCU为电机控制器MCU前端电容容值；
CDCDC为DCDC前端电容容值；
CAC为AC前端电容容值；
COBC为OBC前端电容容值；
RB为动力电池的内阻的阻值；
RP为预充电电阻的阻值；
RC为MCU、DCDC、AC及OBC的总阻值，即：
1/RC=1/RMCU+1/RDCDC+1/RAC+1/ROBC
将公式（3）进行变形处理，得到动力电池的内阻RB随电压、电容及时间的关系式，如下：
（4）
如公式（4）所示，当预充电阻、MCU、DCDC、DCDC及OBC的型号确定后，相关物理量RP、RC、CMCU、CAC、CDCDC及COBC均为固定值，即不随环境温度及动力电池状态的变化而变化，因此公式（4）简化为如下公式（5）：
（5）
如上公式（5），本实施例中CT为CMCU、CAC、CDCDC与COBC之和，RE为RP与RC之和，RE仅与预充电电阻、MCU、DCDC、AC及OBC型号规格相关，；因此RE为固定值；CT仅与MCU、DCDC、AC及OBC型号规格相关，因此CT也为固定值。因此，利用公式（5）可以得到每次预充电过程中的动力电池内阻RB的阻值。
S102、根据环境温度TA、动力电池内阻RB与动力电池真实SOC的映射关系，得到设定工况结束时的动力电池的真实SOC值SOCR；
根据电化学性能，动力电池的内阻RB跟环境温度TA及真实SOC值SOCR相关，即RB与所述TA、SOCR存在映射关系，所述映射关系通过电池台架性能试验测试标定得到。因此根据动力电池内阻RB和测得的环境温度TA，通过所述映射关系可得到真实SOC的值SOCR。
本实施例中，根据所述动力电池的估算SOC值SOCC得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量CR的方法如下：
电动车辆的估算SOC值SOCC的计算方法如下公式（6）所示：
（6）
其中，估算SOC值SOCC可从BMS中直接读出，平均额定容量CAN是动力电池厂家固定设计值（比如一批次有100个电池，将这100个电池容量规格按照从小到大进行排列成正态分布，平均额定容量就是正态分布曲线的最大值所对应的容量）。因此，根据上式（6）可得到设定工况结束时动力电池的剩余容量CR的计算式如下：
CR=SOCC * CAN （7）
S2、根据所述动力电池真实SOC值SOCR和设定工况结束时动力电池的剩余容量CR得到动力电池的额定容量CN
根据定义，动力电池真实SOC值SOCR等于剩余容量CR与额定容量CN的比值，即：
（8）
根据公式（7）与公式（8），可以得到动力电池额定容量CN计算公式，如下：
本发明所述方法在电动车辆的电池管理系统（BMS）上执行；应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本申请实施例还提供一种动力电池额定容量的计算系统，包括真实SOC值获取模块、剩余容量计算模块、额定容量计算模块；
真实SOC值获取模块用于获取电动车辆设定工况结束时的动力电池的真实SOC值SOCR；
剩余容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池的估算SOC值SOCC得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量CR；
额定容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池真实SOC值SOCR和动力电池的剩余容量CR得到动力电池的额定容量CN。
上述系统中，还包括动力电池内阻获取模块，用于获取设定工况结束时的动力电池的内阻RB。
进一步地，还包括映射关系获取模块，所述映射关系包括动力电池所处环境温度TA、动力电池内阻RB与动力电池真实SOC值三者的映射关系，该映射关系用于计算动力电池在所述设定工况结束时的真实SOC值SOCR。
进一步地，所述动力电池内阻获取模块还包括电压获取模块、电容获取模块和电阻获取模块；
电压获取模块用于电动车辆在设定工况结束时获取电机控制器（MCU）侧端电压UM和动力电池侧端电压UB；如图2所示；
电容获取模块用于获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的电容之和CT；
电阻获取模块用于获取电动车辆的高压回路中的预充电电阻阻值RP和各容性控制器负载的总电阻RC。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包括程序指令，该程序指令被处理器执行时实现本发明所述方法的各个步骤，在此不再赘述。
计算机可读存储介质可以是前述任一实施例提供的数据传输装置或者计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。该计算机可读存储介质也可以是该计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmedia card ，SMC) ，安全数字(secure digital,SD)卡，闪存卡(flash card)等。
进一步地，该计算机可读存储介质还可以既包括该计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。该计算机可读存储介质用于存储该计算机程序以及该计算机设备所需的其他程序和数据。该计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储将要输出或己输出的数据。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种动力电池额定容量的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取电动车辆设定工况结束时动力电池的真实SOC值和估算SOC值；根据所述动力电池的估算SOC值得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量；
S2、根据所述设定工况结束时动力电池的真实SOC值和动力电池的剩余容量得到动力电池的额定容量；
所述设定工况为电动车辆的预充电工况；
所述步骤S1中，设定工况结束时的动力电池的真实SOC值的获取方法包括：
S101、获取设定工况结束时的动力电池的内阻RB；
S102、根据动力电池所处环境温度TA、动力电池的内阻RB与动力电池真实SOC值三者的映射关系，得到设定工况结束时动力电池的真实SOC值；
所述步骤S101中，获取设定工况结束时动力电池的内阻RB的方法的包括：
S1001、获取电动车辆设定工况结束时电机控制器侧端电压UM和动力电池侧端电压UB；
获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的电容之和CT；
获取电动车辆的高压回路中的预充电电阻阻值RP；
获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的总电阻RC；
S1002、根据设定工况的持续时长t、所述各容性控制器负载的电容之和CT、所述电机控制器侧端电压UM和动力电池侧端电压UB、预充电电阻阻值RP和各容性控制器负载的总电阻RC计算所述动力电池的内阻RB。
2.如权利要求1所述的动力电池额定容量的计算方法，其特征在于，根据下式计算所述动力电池的内阻RB：
式中：
CT为各容性控制器负载的电容之和；
t为电动车辆高压预充回路的预充电时长；
UM为电机控制器侧端电压；
UB为动力电池侧端电压；
RE为预充电电阻阻值RP和各容性控制器负载的总电阻RC之和。
3.一种采用权利要求1所述方法的动力电池额定容量的计算系统，其特征在于，包括真实SOC值获取模块、剩余容量计算模块、额定容量计算模块；
所述真实SOC值获取模块用于获取电动车辆设定工况结束时动力电池的真实SOC值；
所述剩余容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池的估算SOC值得到所述设定工况结束时动力电池的剩余容量；
所述额定容量计算模块用于根据所述设定工况结束时动力电池真实SOC值和动力电池的剩余容量得到动力电池的额定容量。
4.如权利要求3所述的动力电池额定容量的计算系统，其特征在于，还包括动力电池内阻获取模块，用于获取所述设定工况结束时动力电池的内阻。
5.如权利要求4所述的动力电池额定容量的计算系统，其特征在于，还包括映射关系获取模块，所述映射关系包括动力电池所处环境温度、动力电池内阻与动力电池真实SOC值三者的映射关系，该映射关系用于计算动力电池在所述设定工况结束时的真实SOC值。
6.如权利要求4或5所述的动力电池额定容量的计算系统，其特征在于，还包括电压获取模块、电容获取模块和电阻获取模块；
所述电压获取模块用于电动车辆在所述设定工况结束时获取电机控制器侧端电压和动力电池侧端电压；
所述电容获取模块用于获取电动车辆的高压回路中各容性控制器负载的电容之和；
所述电阻获取模块用于获取电动车辆的高压回路中的预充电电阻阻值和各容性控制器负载的总电阻。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2中任一项所述动力电池额定容量的计算方法的步骤。
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