一种动力电池的放电、充电可用功率确定方法与流程

1.本发明属于电池管理系统领域，具体涉及一种动力电池的放电、充电可用功率确定方法。


背景技术：

2.动力电池的可用功率(包括充电可用功率和放电可用功率)的准确确定影响着电动汽车的加速、续航里程、行驶平顺性等性能。确定的可用功率偏低，会影响电动汽车的加速性能；确定的可用功率偏高，会导致动力电池过充过放，甚至车辆动力中断；可用功率波动较大，会引起整车行驶不平顺。因此，动力电池的可用功率确定至关重要，但也充满挑战。
3.cn110758178a公开了一种新能源汽车行驶有效放电功率切换方法，其通过判断实际放电功率、10s放电功率、警戒放电功率、60s放电功率四者之间的关系，来确定有效放电功率在10s放电功率与60s放电功率之间的切换。当满足条件1(即实际放电功率＞60s放电功率且持续10s)或条件2(即实际放电功率＞警戒放电功率其持续5s)后，有效放电功率(即放电可用功率)由10s放电功率切换为60s放电功率。当满足条件3(即实际放电功率≤60s放电功率且持续5s)后，有效放电功率由60s放电功率切换回10s放电功率。这种方法存在两个缺点：(1)10s放电功率只维持5s就会切换为60s放电功率，动力电池的功率能力未充分发挥，进而导致整车加速性能差；(2)10s放电功率只维持5s就会切换为60s放电功率，有效放电功率切换较频繁，增加了整车行驶平顺性变差风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种动力电池的放电、充电可用功率确定方法，以充分发挥动力电池的功率能力，并且提升整车行驶平顺性。
5.t秒放电/充电功率的定义为：动力电池按此功率使用t秒时间后电池刚好达到电压或电流等边界的功率。当t取不同值时，可分别得到短时放电/充电功率、长时放电/充电功率、持续放电/充电功率。
6.本发明引入了电池极化度，将电池极化度作为放电/充电可用功率切换的判断条件。电池极化度的定义为：当动力电池以大于或等于持续放电/充电功率的t秒放电/充电功率持续使用t1秒后，其电池极化度d∈[0,100％]。当动力电池以小于持续放电/充电功率持续使用t2秒后，电池极化度d将重置为0，t2表示退极化所需时间，可根据电芯实际情况进行标定。举例说明：当动力电池以10秒放电/充电功率持续使用10秒后，其电池极化度同样的，当动力电池先以10秒放电/充电功率持续使用5秒，再以30秒放电/充电功率持续使用15秒后，其电池极化度秒，再以30秒放电/充电功率持续使用15秒后，其电池极化度
[0007]
电动汽车实际行驶时，工况复杂多变，动力电池的放电/充电实际功率也变化剧
烈，不能直接使用上述电池极化度计算公式进行计算。为便于在电动汽车的控制器中执行电池极化度的计算，需要将电池极化度计算公式离散化为：d
k 1
＝dk δd，依次计算每个时刻的电池极化度。其中，d
k 1
表示t
k 1
时刻的电池极化度，dk表示tk时刻的电池极化度，表示动力电池以t秒放电/充电功率使用一个周期ts后产生的电池极化度的变化量。
[0008]
本发明所述的动力电池的放电可用功率确定方法，包括：
[0009]
步骤一、使k＝1，并将tk时刻的电池极化度dk置为0，然后执行步骤二。
[0010]
步骤二、按照预设的梯度g1使动力电池的放电可用功率逐渐等于动力电池的短时放电功率p
′
ds
，然后执行步骤三。
[0011]
步骤三、根据动力电池的放电实际功率p
′
、短时放电功率p
′
ds
和持续放电功率p
′
cx
，计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd，然后执行步骤四。
[0012]
步骤四、利用公式：d
k 1
＝dk δd，计算t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
，然后执行步骤五；其中，t
k 1
＝tk t
′s。
[0013]
步骤五、判断是否t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
大于或等于100％(即是否d
k 1
≥100％)，如果是，则执行步骤七，否则执行步骤六。
[0014]
步骤六、使k累加1，然后返回执行步骤三。
[0015]
步骤七、按照预设的梯度g2使动力电池的放电可用功率逐渐等于动力电池的持续放电功率p
′
cx
，然后执行步骤八。
[0016]
步骤八、判断是否动力电池的放电实际功率p
′
小于动力电池的持续放电功率p
′
cx
且持续预设的第一时间t
′
thr
，如果是，则返回执行步骤一，否则继续执行步骤八。
[0017]
优选的，所述步骤三中计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd的方式为：
[0018]
先利用动力电池的放电实际功率p
′
在点(p
′
cx
，t
′
cx
)与点(p
′
ds
，t
′
ds
)之间进行线性插值，得到动力电池的放电实际功率p
′
对应的最大可持续时间t
′
，其中，t
′
ds
表示动力电池的短时放电功率p
′
ds
对应的最大可持续时间，t
′
cx
表示动力电池的持续放电功率p
′
cx
对应的最大可持续时间，t
′
ds
≤t
′
≤t
′
cx
。
[0019]
然后，利用公式：计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd。
[0020]
优选的，所述动力电池的放电实际功率p
′
通过如下方式获得：
[0021]
先将采集的动力电池的总电压u与总电流i相乘，得到动力电池的实际功率计算值u
×
i。
[0022]
然后，利用公式：p
′
＝-min(u
×
i,0)，确定动力电池的放电实际功率p
′
。
[0023]
其中，总电流i为负数，min(u
×
i,0)表示取u
×
i与0中的较小值。
[0024]
所述动力电池的短时放电功率p
′
ds
通过如下方式获得：
[0025]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的短时放电功率map表，获得对应的短时放电功率
[0026]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的短时放电功率map表，获得对应的短时放电功率
[0027]
然后，利用公式：确定动力电池的短时放电功率p
′
ds
。
[0028]
其中，预设的短时放电功率map表为动力电池的温度、soc与短时放电功率的对应关系表，表示取与中的较小值。
[0029]
所述动力电池的持续放电功率p
′
cx
通过如下方式获得：
[0030]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的持续放电功率map表，获得对应的持续放电功率
[0031]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的持续放电功率map表，获得对应的持续放电功率
[0032]
然后，利用公式：确定动力电池的持续放电功率p
′
cx
。
[0033]
其中，预设的持续放电功率map表为动力电池的温度、soc与持续放电功率的对应关系表，表示取与中的较小值。
[0034]
优选的，所述动力电池的短时放电功率p
′
ds
为10s放电功率p
′
10
，t
′
ds
＝10s(即p
′
ds
＝p
′
10
，t
′
ds
的取值为10秒)。所述动力电池的持续放电功率p
′
cx
为60s放电功率p
′
60
，t
′
cx
＝60s(即p
′
cx
＝p
′
60
，t
′
cx
的取值为60秒)。所述预设的第一时间t
′
thr
＝5s(即t
′
thr
的取值为5秒)。
[0035]
本发明所述的动力电池的充电可用功率确定方法，包括：
[0036]
步骤一、使k＝1，并将tk时刻的电池极化度dk置为0，然后执行步骤二。
[0037]
步骤二、按照预设的梯度g1使动力电池的充电可用功率逐渐等于其短时充电功率p
″
ds
，然后执行步骤三。
[0038]
步骤三、根据动力电池的充电实际功率p
″
、短时充电功率p
″
ds
和持续充电功率p
″
cx
，计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd，然后执行步骤四。
[0039]
步骤四、利用公式：d
k 1
＝dk δd，计算t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
，然后执行步骤五；其中，t
k 1
＝tk t
″s。
[0040]
步骤五、判断是否t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
大于或等于100％(即是否d
k 1
≥100％)，如果是，则执行步骤七，否则执行步骤六。
[0041]
步骤六、使k累加1，然后返回执行步骤三。
[0042]
步骤七、按照预设的梯度g2使动力电池的充电可用功率逐渐等于其持续充电功率p
″
cx
，然后执行步骤八。
[0043]
步骤八、判断是否动力电池的充电实际功率p
″
小于其持续充电功率p
″
cx
且持续预设的第二时间t
″
thr
，如果是，则返回执行步骤一，否则继续执行步骤八。
[0044]
优选的，所述步骤三中计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd的方式为：
[0045]
先利用动力电池的充电实际功率p
″
在点(p
″
cx
，t
″
cx
)与点(p
″
ds
，t
″
ds
)之间进行线性插值，得到动力电池的充电实际功率p
″
对应的最大可持续时间t
″
，其中，t
″
ds
表示动力电池的短时充电功率p
″
ds
对应的最大可
持续时间，t
″
cx
表示动力电池的持续充电功率p
cx
对应的最大可持续时间，t
″
ds
≤t
″
≤t
″
cx
。
[0046]
然后，利用公式：计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd。
[0047]
优选的，所述动力电池的充电实际功率p
″
通过如下方式获得：
[0048]
先将采集的动力电池的总电压u与总电流i相乘，得到动力电池的实际功率计算值u
×
i。
[0049]
然后，利用公式：p
″
＝max(u
×
i,0)，确定动力电池的充电实际功率p
″
。
[0050]
其中，总电流i为正数，max(u
×
i,0)表示取u
×
i与0中的较大值。
[0051]
所述动力电池的短时充电功率p
″
ds
通过如下方式获得：
[0052]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的短时充电功率map表，获得对应的短时充电功率
[0053]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的短时充电功率map表，获得对应的短时充电功率
[0054]
然后，利用公式：确定动力电池的短时充电功率p
″
ds
。
[0055]
其中，预设的短时充电功率map表为动力电池的温度、soc与短时充电功率的对应关系表，表示取与中的较小值。
[0056]
所述动力电池的持续充电功率p
″
cx
通过如下方式获得：
[0057]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的持续充电功率map表，获得对应的持续充电功率
[0058]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的持续充电功率map表，获得对应的持续充电功率
[0059]
然后，利用公式：确定动力电池的持续充电功率p
″
cx
。
[0060]
其中，预设的持续充电功率map表为动力电池的温度、soc与持续充电功率的对应关系表，表示取与中的较小值。
[0061]
优选的，所述动力电池的短时充电功率p
″
ds
为10s充电功率p
″
10
，t
″
ds
＝10s(即p
″
ds
＝p
″
10
，t
″
ds
的取值为10秒)。所述动力电池的持续充电功率p
″
cx
为60s充电功率p
″
60
，t
″
cx
＝60s(即p
″
cx
＝p
″
60
，t
″
cx
的取值为60秒)。所述预设的第二时间t
″
thr
＝5s(即t
″
thr
的取值为5秒)。
[0062]
采用本发明，在电动汽车刚启动时，放电/充电可用功率等于短时放电/充电功率；在车辆使用过程中，当放电/充电实际功率大于持续放电/充电功率时，电池极化度增加，当放电/充电实际功率小于持续放电/充电功率时，电池极化度减少；当电池极化度大于或等于100％时，放电/充电可用功率由短时放电/充电功率逐渐等于持续放电/充电功率；当电池极化度等于0％时，放电/充电可用功率由持续放电/充电功率逐渐等于短时放电/充电功率。在保护动力电池不过充过放的基础上，充分发挥了动力电池的功率能力，提升了整车加
速性能；并且优化了放电/充电可用功率切换(变化)条件，避免了放电/充电可用功率频繁变化，提升了整车行驶平顺性。
附图说明
[0063]
图1为实施例1中动力电池的放电可用功率确定方法流程图。
[0064]
图2为实施例1中计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd的逻辑框图。
[0065]
图3为实施例2中动力电池的充电可用功率确定方法流程图。
[0066]
图4为实施例2中计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd的逻辑框图。
具体实施方式
[0067]
实施例1：如图1所示，本实施例中动力电池的放电可用功率确定方法，应用于控制器，该方法包括：
[0068]
步骤一、使k＝1，并将tk时刻的电池极化度dk置为0，然后执行步骤二。
[0069]
步骤二、按照预设的梯度g1使动力电池的放电可用功率逐渐等于动力电池的10s放电功率p
′
10
，然后执行步骤三。本实施例中动力电池的短时放电功率p
′
ds
为10s放电功率p
′
10
，即p
′
ds
＝p
′
10
，动力电池的短时放电功率p
′
ds
对应的最大可持续时间t
′
ds
＝10s(即t
′
ds
的取值为10秒)。
[0070]
动力电池的10s放电功率p
′
10
通过如下方式获得：
[0071]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc(其估算方式属于现有技术)，查询预设的10s放电功率map表，获得对应的10s放电功率
[0072]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的10s放电功率map表，获得对应的10s放电功率
[0073]
然后，利用公式：确定动力电池的10s放电功率p
′
10
。
[0074]
其中，预设的10s放电功率map表为动力电池的温度、soc与10s放电功率的对应关系表(由电芯厂商进行测试后，以温度-soc-10s放电功率的二维map表形式提供)，表示取与中的较小值。
[0075]
步骤三、根据动力电池的放电实际功率p
′
、10s放电功率p
′
10
和60s放电功率p
′
60
，计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd，然后执行步骤四。本实施中动力电池的持续放电功率p
′
cx
为60s放电功率p
′
60
，即p
′
cx
＝p
′
60
，动力电池的持续放电功率p
′
cx
对应的最大可持续时间t
′
cx
＝60s(即t
′
cx
的取值为60秒)。
[0076]
动力电池的放电实际功率p
′
通过如下方式获得：
[0077]
先将采集的动力电池的总电压u与总电流i相乘，得到动力电池的实际功率计算值u
×
i。
[0078]
然后，利用公式：p
′
＝-min(u
×
i,0)，确定动力电池的放电实际功率p
′
。其中，总电流i为负数，min(u
×
i,0)表示取u
×
i与0中的较小值。
[0079]
动力电池的60s放电功率p
′′0通过如下方式获得：
[0080]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的60s放电功率map
表，获得对应的60s放电功率
[0081]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的60s放电功率map表，获得对应的60s放电功率
[0082]
然后，利用公式：确定动力电池的60s放电功率p
′
60
。
[0083]
其中，预设的60s放电功率map表为动力电池的温度、soc与60s放电功率的对应关系表(由电芯厂商进行测试后，以温度-soc-60s放电功率的二维map表形式提供)，表示取与中的较小值。
[0084]
计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd的方式(参见图2)为：
[0085]
先利用动力电池的放电实际功率p
′
在点(p
′
60
，60)与点(p
′
10
，10)之间进行线性插值(即一维插值)，得到动力电池的放电实际功率p
′
对应的最大可持续时间t
′
，，10≤t
′
≤60。
[0086]
然后，利用公式：计算一个周期t
′s内电池极化度的变化量δd。
[0087]
步骤四、利用公式：d
k 1
＝dk δd，计算t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
，然后执行步骤五；其中，t
k 1
＝tk t
′s。
[0088]
步骤五、判断是否t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
大于或等于100％(即是否d
k 1
≥100％)，如果是，则执行步骤七，否则执行步骤六。
[0089]
步骤六、使k累加1，然后返回执行步骤三。
[0090]
步骤七、按照预设的梯度g2使动力电池的放电可用功率逐渐等于动力电池的60s放电功率p
′
60
，然后执行步骤八。
[0091]
步骤八、判断是否动力电池的放电实际功率p
′
小于动力电池的60s放电功率p
′
60
且持续5s(即本实施例中预设的第一时间t
′
thr
＝5s)，如果是，则返回执行步骤一，否则继续执行步骤八。
[0092]
实施例2：如图3所示，本实施中动力电池的充电可用功率确定方法，应用于控制器，该方法包括：
[0093]
步骤一、使k＝1，并将tk时刻的电池极化度dk置为0，然后执行步骤二。
[0094]
步骤二、按照预设的梯度g1使动力电池的充电可用功率逐渐等于动力电池的10s充电功率p
″
10
，然后执行步骤三。本实施例中动力电池的短时充电功率p
″
ds
为10s充电功率p
″
10
，即p
″
ds
＝p
″
10
，动力电池的短时充电功率p
″
ds
对应的最大可持续时间t
″
ds
＝10s(即t
″
ds
的取值为10秒)。
[0095]
动力电池的10s充电功率p
″
10
通过如下方式获得：
[0096]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc(其估算方式属于现有技术)，查询预设的10s充电功率map表，获得对应的10s充电功率
[0097]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的10s充电功率map表，获得对应的10s充电功率
[0098]
然后，利用公式：确定动力电池的10s充电功率p
″
10
。
[0099]
其中，预设的10s充电功率map表为动力电池的温度、soc与10s充电功率的对应关系表(由电芯厂商进行测试后，以温度-soc-10s充电功率的二维map表形式提供)，表示取与中的较小值。
[0100]
步骤三、根据动力电池的充电实际功率p
″
、10s充电功率p
″
10
和60s充电功率p
″
60
，计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd，然后执行步骤四。本实施中动力电池的持续充电功率p
″
cx
为60s充电功率p
″
60
，即p
″
cx
＝p
″
60
，动力电池的持续充电功率p
″
cx
对应的最大可持续时间t
″
cx
＝60s(即t
″
cx
的取值为60秒)。
[0101]
动力电池的充电实际功率p
″
通过如下方式获得：
[0102]
先将采集的动力电池的总电压u与总电流i相乘，得到动力电池的实际功率计算值u
×
i。
[0103]
然后，利用公式：p
″
＝max(u
×
i,0)，确定动力电池的充电实际功率p
″
。其中，总电流i为正数，maxu
×
i,0)表示取u
×
i与0中的较大值。
[0104]
动力电池的60s充电功率p
″
60
通过如下方式获得：
[0105]
先根据采集的动力电池的最高温度t
max
、估算的soc，查询预设的60s充电功率map表，获得对应的60s充电功率
[0106]
再根据采集的动力电池的最低温度t
min
、估算的soc，查询预设的60s充电功率map表，获得对应的60s充电功率
[0107]
然后，利用公式：确定动力电池的60s充电功率p
″
60
。
[0108]
其中，预设的60s充电功率map表为动力电池的温度、soc与60s充电功率的对应关系表(由电芯厂商进行测试后，以温度-soc-60s充电功率的二维map表形式提供)，表示取与中的较小值。
[0109]
计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd的方式(参见图4)为：
[0110]
先利用动力电池的充电实际功率p
″
在点(p
″
60
，60)与点(p
″
10
，10)之间进行线性插值(即一维插值)，得到动力电池的充电实际功率p
″
对应的最大可持续时间t
″
，，10≤t
″
≤60。
[0111]
然后，利用公式：计算一个周期t
″s内电池极化度的变化量δd。
[0112]
步骤四、利用公式：d
k 1
＝dk δd，计算t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
，然后执行步骤五；其中，t
k 1
＝tk t
″s。
[0113]
步骤五、判断是否t
k 1
时刻的电池极化度d
k 1
大于或等于100％(即是否d
k 1
≥100％)，如果是，则执行步骤七，否则执行步骤六。
[0114]
步骤六、使k累加1，然后返回执行步骤三。
[0115]
步骤七、按照预设的梯度g2使动力电池的充电可用功率逐渐等于动力电池的60s充电功率p
″
60
，然后执行步骤八。
[0116]
步骤八、判断是否动力电池的充电实际功率p
″
小于动力电池的60s充电功率p
″
60
且持续5s(即本实施例中预设的第二时间t
″
thr
＝5s)，如果是，则返回执行步骤一，否则继续执行步骤八。