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CN114750640A - 一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法 - Google Patents

一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法 Download PDF

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CN114750640A CN202210513667.6A CN202210513667A CN114750640A CN 114750640 A CN114750640 A CN 114750640A CN 202210513667 A CN202210513667 A CN 202210513667A CN 114750640 A CN114750640 A CN 114750640A
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Sichuan Yema Automobile Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，涉及纯电动汽车技术电池功率控制领域，包括如下步骤：步骤1：采集电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间，通过所述电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间计算该电池的能量池容量；步骤2：将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，将比对结果与能量池容量结合，调整电池的允许放电功率变化曲线；该方法采用正弦平顺切换的方式，提升整车的动力性和舒适性，对电池的保护效果更佳。

Description

一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车技术电池功率控制领域，具体而言，涉及一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法。
背景技术
锂离子电池基于自身优越的特性，已经成为现今电动汽车的主流储能能源，而对锂离子电池来说，电池管理系统是电池正常使用的必要基础，而对于电池管理系统而言，SOP(电池的功率状态)更是电池管理工作中的核心算法，是电动汽车能量管理过程中不可或缺的一部分，SOP是表征动力电池充放电承受能力的物理量，其与电池的SOC(电池的荷电状态)、SOH(电池的健康度)、温度以及电池本身的特性等多种因素息息相关；从整车动力性能角度来讲，整车的理想状态是一直能保持峰值功率放电，但这会对电芯造成过放损害，影响动力电池的循环寿命，所以，SOP控制过程中，峰值功率持续输出一段时间后切换到持续功率的过程尤为重要，传统的SOP控制方法是通过对SOC和温度进行查表，获得峰值功率和持续功率，再根据当前功率的使用时长，直接进行峰值功率和持续功率的简单线性切换，不能充分考虑电池的动态特性和能力属性，难以有效利用电池的能力，容易造成过放损害；
一方面，现公开了一种基于水池算法的电池SOP在线估算方法，申请号为CN201911073497.9，该项技术从放电能力角度给出了一种水池算法，有较好的解决思路，但该算法以小于持续放电功率作为蓄水条件，不能很好地利用电池的功率，容易导致整车动力利用不充分，故现提出一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，以弥补现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其解决上述技术问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
提供了一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间，通过所述电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间计算该电池的能量池容量；
步骤2：将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，将比对结果与能量池容量结合，调整电池的允许放电功率变化曲线。
作为优选地，能量池容量计算如下式所示：
Spool＝(Ppeak-Pcon)×Tipeak
其中，Spool为能量池容量，Ppeak为电池放电时的峰值功率，Pcon为电池放电时的持续功率，Tipeak为电池峰值功率的允许放电时间。
作为优选地，将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，根据比对结果，结合能量池容量大小，调整电池的允许放电功率变化曲线时还包括以下步骤：
步骤21：在当前时刻放电功率大于持续功率时，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率；
步骤22：对电池的电压值实施检测，当电压平稳工作的时长达到恢复时长后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至峰值功率；
步骤23：若当前时刻放电功率大于持续功率，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率，并重复步骤22。
作为优选地，所述步骤21还包括以下步骤：
步骤211：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤212：将积分结果代入前级整定公式中，计算前级切换时间，并开始计时；
步骤213：当前时刻放电功率持续时长记满前级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
作为优选地，所述步骤23还包括以下步骤：
步骤231：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤232：将积分结果代入后级整定公式中，计算后级切换时间，并开始计时；
步骤233：当前时刻放电功率持续时长记满后级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
作为优选地，所述电池的允许放电功率曲线调整时，按正弦曲线进行平顺切换。
作为优选地，所述步骤22中，电池平稳工作的条件是电池当前的工作电压U0与电池开路电压Uop的差值比小于1％。
作为优选地，所述前级整定公式如下式所示：
Figure BDA0003640507440000041
其中，P为当前时刻放电功率，c为切换时间系数。
作为优选地，所述后级整定公式如下式所示：
Figure BDA0003640507440000042
一种电子设备，包括处理器、存储器以及储存在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明通过预先对能量池进行计算，确定SOP的持续时间，规避了现有技术中电池功率使用不足和电池过放的缺陷，在保护动力电池的基础上，使整车动力性能达到最佳，且针对现有技术对峰值功率和持续功率的简单线性切换，该方法采用正弦平顺切换的方式，提升整车的动力性和舒适性，对电池的保护效果更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法的流程图；
图2为本发明提供的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法的步骤2的流程图；
图3为本发明实施例1提供的传统计算方法中得出的放电功率曲线图；
图4为本发明实施例1提供的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法得出的放电功率曲线图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示，提供一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间，通过所述电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间计算该电池的能量池容量；
步骤2：将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，将比对结果与能量池容量结合，调整电池的允许放电功率变化曲线。
更进一步地，能量池容量计算如下式所示：
Spool＝(Ppeak-Pcon)×Tipeak
其中，Spool为能量池容量，Ppeak为电池放电时的峰值功率，Pcon为电池放电时的持续功率，Tipeak为电池峰值功率的允许放电时间。
如图2所示，更进一步地，将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，根据比对结果，结合能量池容量大小，调整电池的允许放电功率变化曲线时还包括以下步骤：
步骤21：在当前时刻放电功率大于持续功率时，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率；
步骤22：对电池的电压值实施检测，当电压平稳工作的时长达到恢复时长后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至峰值功率；
步骤23：若当前时刻放电功率大于持续功率，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率，并重复步骤22。
步骤21与步骤23中的持续时间均由积分计算求得，
更进一步地，所述步骤21还包括以下步骤：
步骤211：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤212：将积分结果代入前级整定公式中，计算前级切换时间，并开始计时；
步骤213：当前时刻放电功率持续时长记满前级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
更进一步地，所述步骤23还包括以下步骤：
步骤231：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤232：将积分结果代入后级整定公式中，计算后级切换时间，并开始计时；
步骤233：当前时刻放电功率持续时长记满后级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
更进一步地，所述电池的允许放电功率曲线调整时，按正弦曲线进行平顺切换。
此处正弦曲线的表达式为y＝3sinx。
更进一步地，所述步骤22中，电池平稳工作的条件是电池当前的工作电压U0与电池开路电压Uop的差值比小于1％。
Uop的取值由电池本身的荷电状态决定。
更进一步地，所述前级整定公式如下式所示：
Figure BDA0003640507440000081
其中，P为当前时刻放电功率，c为切换时间系数。
更进一步地，所述后级整定公式如下式所示：
Figure BDA0003640507440000082
一种电子设备，包括处理器、存储器以及储存在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法。
传统的SOP控制方法如下：
设当前功率为P，当前功率持续时间为t，若P≥Pcon，且P≤Ppeak的情况下：
当t≤Tipeak时,则Pallow＝Ppeak；
当t>Tipeak时，则Pallow以线性方式下降至Pcon，直线斜率为Pc/S；
此后，若P≤Pcon，且t＝Tirecover时；
则Pallow将以线性方式从Pcon恢复到Ppeak，斜率同样为Pc/S，其中，Tirecover为电压稳定持续时间；
如此看来，传统的SOP控制方法存在如下缺陷：
(1)在P≥Pcon，且P≤Ppeak的情况下，允许的持续时间都是Tipeak，并没有根据实际输出功率大小进行区分，可能造成电池功率利用不足；
(2)若P＝Ppeak，且持续时间为Tipeak，则P从Ppeak以Pc/S的斜率下降到Pcon的过程中，从能量角度来说，这种方式对于电池是过放的，会导致电池寿命受损；
(3)以线性方式切换功率状态，转折点过渡时并不平顺，可能导致驾驶过程中出现抖动，影响整车舒适性。
以下结合两项具体实施例进行详细说明：
实施例1：
以某电动车为控制对象，驾驶工况如下：
电池工作在最佳温度范围25℃～40℃之间，当前SOC为90％，此时电池允许峰值放电功率Ppeak为30kW，允许放电时间为30S，电池允许最大持续放电功率Pcon为16kW,电压稳定持续时间Tirecover设定为30S，切换时间系数经标定设置为3。车辆在市内快速干道行驶，油门踏板开度70％左右，此时需求功率约为22kW，始终大于最大持续放电功率Pcon。
传统方法：
设定切换斜率为1kW/S,持续功率恢复时间设定为200S；则该工况下实时功率22kW持续时间为30S，以1kW/S斜率切换到16kW，在16kW工作200S，再以1kW/S切换回22kW，再持续30S，如此循环，电池的允许放电功率变化曲线如图2所示。
本发明方法：
计算能量池大小：
Spool＝(30-16)×30＝420KW.S
当前功率约22kW>持续允许放电功率16kW,根据下式确定峰值功率到持续功率的切换时间：
Figure BDA0003640507440000101
根据上式，解算切换时间为65.3S，即在22kW持续65.3S后，允许功率按正弦曲线从当前功率平顺切换到持续允许最大放电功率16kW；
在Pallow为16kW后，实时监测电池电压，大概5S后，Uop波动小于1％，且持续时间50S，则Pallow以正弦曲线恢复到30kW，实时功率则恢复到22kW。
此时，需要重新计算允许峰值功率到持续功率的切换时间：
Figure BDA0003640507440000102
根据上式，解算切换时间为60.6S，即在22kW持续60.6S后，允许功率按正弦曲线从当前功率平顺切换到持续允许最大放电功率16kW；
允许功率曲线如图3所示。
实施例2：
仍以该电动车为控制对象，驾驶工况如下：
车辆在高速上行驶，油门踏板开度基本踩满，需求功率始终最大。
能量池大小与实施例1一致，即420kW.S；
当前功率30kW>持续允许放电功率16kW,根据下式确定峰值功率到持续功率的切换时间：
Figure BDA0003640507440000111
根据上式，解算切换时间为25.3S，在25.3S后，允许功率按正弦曲线从当前功率平顺切换到持续允许最大放电功率16kW；
在Pallow＝16kW后，实时监测电池电压，大概5S后，Uop波动小于1％，并持续时间50S，则Pallow以正弦曲线恢复到30kW，实时功率同时恢复到30kW。
此时，需要重新计算允许峰值功率到持续功率的切换时间：
Figure BDA0003640507440000112
根据上式，解算切换时间为20.6S，即在20.6S后，允许功率按正弦曲线从当前功率平顺切换到持续允许最大放电功率16kW；
由实施例1可见，与传统的方法相比，22kW的持续时间由30S提升到65S，16kW的持续时间由200S缩短到55S，提升了电池功率的利用率；另外，实时输出功率按正弦切换较线性切换更平顺，提升了整车的动力性和舒适型；
由实施例2可见，传统的方法，在30kW峰值功率工作30S后，需要线性切换至持续功率，切换区域超出能量池允许范围造成动力电池过放，会损害电池寿命；而本专利方法，放电区域等于能量池大小，因此，能更好地保护动力电池。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间，并通过所述电池放电时的持续功率、峰值功率和允许放电时间计算该电池的能量池容量；
步骤2：将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，将比对结果与能量池容量结合，调整电池的允许放电功率变化曲线。
2.根据权利要求1所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，能量池容量计算如下式所示：
Spool＝(Ppeak-Pcon)×Tipeak
其中，Spool为能量池容量，Ppeak为电池放电时的峰值功率，Pcon为电池放电时的持续功率，Tipeak为电池峰值功率的允许放电时间。
3.根据权利要求1所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，将当前时刻放电功率与持续功率进行比对，根据比对结果，结合能量池容量大小，调整电池的允许放电功率变化曲线时还包括以下步骤：
步骤21：在当前时刻放电功率大于持续功率时，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率；
步骤22：对电池的电压值实施检测，当电压平稳工作的时长达到恢复时长后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至峰值功率；
步骤23：若当前时刻放电功率大于持续功率，且持续一段时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换至持续功率，并重复步骤22。
4.根据权利要求3所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述步骤21还包括以下步骤：
步骤211：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤212：将积分结果代入前级整定公式中，计算前级切换时间，并开始计时；
步骤213：当前时刻放电功率持续时长记满前级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
5.根据权利要求3所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述步骤23还包括以下步骤：
步骤231：对当前时刻放电功率与持续功率的差值进行积分；
步骤232：将积分结果代入后级整定公式中，计算后级切换时间，并开始计时；
步骤233：当前时刻放电功率持续时长记满后级切换时间后，将电池的允许放电功率曲线调整为：从当前时刻放电功率值切换到持续功率。
6.根据权利要求4-5任一项所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述电池的允许放电功率曲线调整时，按正弦曲线进行平顺切换。
7.根据权利要求3所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述步骤22中，电池平稳工作的条件是电池当前的工作电压U0与电池开路电压Uop的差值比小于1％。
8.根据权利要求4所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述前级整定公式如下式所示：
Figure FDA0003640507430000031
其中，P为当前时刻放电功率，c为切换时间系数。
9.根据权利要求5所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法，其特征在于，所述后级整定公式如下式所示：
Figure FDA0003640507430000032
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及储存在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行以实现如权利要求1-9中任一项所述的基于能量池的电动汽车电池功率状态控制方法。
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