电池系统的极限功率估算方法、电池管理系统和用电设备与流程

1.本技术涉及动力电池技术领域，具体涉及电池系统的极限功率估算方法、系统和用电设备。


背景技术：

2.当前的系统功率计算方式主要依赖于单体电芯的功率测试，电芯到整包的功率换算主要还是依赖经验系数，因此最终得到的电池系统的功率受限于电芯测试的准确性以及经验系数往往无法表征电池系统最大的功率性能，另外除了电芯级别的功率测试外还需要电池系统级别的测试验证，一定程度上造成了测试资源的浪费。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供电池系统的极限功率估算方法、电池管理系统和用电设备，节省电芯测试的时间。
4.为实现上述技术效果，本技术采用以下技术方案。
5.第一方面，本技术提供电池系统的极限功率估算方法，包括：
6.根据电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，以及电池内阻的分压原理，确定目标模型；
7.求解所述目标模型，以确定所述电池系统达到极限电压下的最大放电电流；
8.所述电池系统达到极限电压下的最大放电电流与所述电池系统指定soc下的放电极限电压的乘积，确定为所述电池系统的极限功率。
9.在一些实施例中，所述目标模型表示所述电池系统指定soc下的放电极限电压、指定soc下的电池系统开路电压、电池系统直流内阻以及放电电流之间的关系。
10.在一些实施例中，所述目标模型表示如下：
11.opv-u
min
＝f(i)
·
i；
12.其中，opv为指定soc下所述电池系统的开路电压，u
min
为所述电池系统指定soc下的放电极限电压，f(i)为所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，i为放电电流。
13.在一些实施例中，所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系f(i)表示如下：
14.f(i)＝pack
dcir
；
15.pack
dcir
＝k1i+b1(i＜is)，其中k1＜0；
16.pack
dcir
＝k2i+b2(i＞is)，其中k2＞0；
17.其中，is为电池直流内阻最小时对应的放电电流；k1为电流小于is时，内阻随放电电流增大而减小的降额系数；k1为电流大于is时，内阻随放电电流增大而增大的增长系数；b1为第一常数项；b2为第二常数项。
18.在一些实施例中，所述方法还包括：
19.基于所述电池系统的极限功率，进行soc偏差修正，获得第一极限功率修正值，所述第一极限功率修正值表示如下：
20.power
max2
(t)＝power
max1
*(1-y)；
21.其中，power
max1
为所述电池系统的极限功率，y为soc精度偏差值，t为当前温度，power
max2
()为第一极限功率修正值的表达函数。
22.在一些实施例中，确定所述soc精度偏差值y的方法如下：
23.根据温度及其对应的soc，拟合确定soc精度偏差曲线，根据所述soc精度偏差曲线确定所述soc精度偏差值。
24.在一些实施例中，所述方法还包括：
25.基于所述第一极限功率修正值，进行温度修正，获得第二极限功率修正值，所述第二极限功率修正值表示如下：
26.power
max3
＝power
max2
(t-z)，t1≤t≤tk；
27.power
max3
＝power
max2
(t+z)，tk＜t≤t4；
28.其中，t1为电池系统工作温度下限，t4为电池系统工作温度上限，tk为温度设定值，z为当前温度t时的温度偏差值。
29.在一些实施例中，所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系的确定方法如下：
30.设定所述电池系统的放电时间；电池系统调整至指定soc；
31.所述电池系统依次按照多个设定放电电流进行放电，经过所述放电时间后确定对应电池系统的电压；分别根据各个所述设定放电电流及对应所述电池系统的电压，计算各个所述设定放电电流下的直流内阻；
32.根据各个所述设定放电电流和各个所述设定放电电流下的直流内阻，拟合放电电流和电池系统内阻的函数。
33.第二方面，本技术还提供了一种电池管理系统，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的极限功率估算方法。
34.第三方面，本技术提供了一种用电设备，包括如以上所述的电池管理系统。
35.本技术的有益效果在于：本技术提供了电池系统的极限功率估算方法、电池管理系统和用电设备。本技术直接基于整个电池系统级别的脉冲功率测试结果，并结合放电电流大小及电芯直流内阻的影响因子，推算整个电池系统级别的电池功率极限能力，如此节省了电芯测试的时间。本技术还同时考虑到电池系统中soc(state of charge)偏差修正、温度场分布偏差的修正，同时经过soc偏差修正、以及温度场修正的极限功率也更能表征电池系统实际极限功率性能。
附图说明
36.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本技术的理解，并不是具体限定本技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本技术。在附图中：
37.图1为本技术一实施方式提供的电池系统的极限功率估算方法流程示意图；
38.图2为本技术另一实施方式提供的电池系统的极限功率估算方法流程示意图；
39.图3为本技术一实施方式中电池系统直流内阻和放电电流函数拟合曲线示意图；
40.图4为本技术一实施方式中电池系统直流内阻和放电电流函数拟合曲线的简化模型示意图；
41.图5为本技术一实施方式中电池系统soc精度偏差曲线示意图；
42.图6为本技术一实施方式中电池系统极限功率进行温度修正后的soc精度偏差曲线示意图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
44.电池系统是指由一个以上电池包通过串联或并联构成的具备完善电池管理系统的电能供给系统。
45.电池系统的功率就是单位时间里电池系统所输出能量数的能力。
46.电池系统的极限功率也称为sop(state of powder,电池功率状态)是指电池系统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。
47.例如，对于新能源汽车动力电池而言，其电池系统的极限功率作为其重要性能指标对整车加速性能起着至关重要的作用。
48.电池系统的功率的计算方法可以包括：
49.第一步基于单体电芯在特定的荷电状态下施加以一定的放电电流，得到电芯电压并将电压与电流相乘得到单体电芯的功率；
50.第二步结合电池系统串并联数计算累计功率；
51.第三步累计功率基于系统高压电气连接件的内阻及soc估算偏差施加一定的折扣比例系数(0.8～0.95)得到整个电池系统的功率，最终通过实测的方式验证整个电池系统的功率是否满足客户要求。
52.这种电池系统的功率的计算方法主要依赖于单体电芯的功率测试，最终得到的电池系统的功率受限于电芯测试的准确性往往无法表征电池系统最大的功率性能，另外除了电芯级别的功率测试外还需要电池系统级别的测试验证，一定程度上造成了测试资源的浪费。
53.本技术实施例提供的电池系统的极限功率性能的估算方法，是直接基于整个电池系统级别的脉冲功率测试结果，并结合放电电流大小及电芯直流内阻的影响因子，推算整个电池系统级别的电池功率极限能力，如此节省了电芯测试的时间。
54.本技术实施例提供的电池系统的极限功率估算方法，还同时考虑到电池系统中soc(state of charge)偏差修正、温度场分布偏差的修正，同时经过soc偏差修正、以及温度场修正的极限功率也更能表征电池系统实际极限功率性能。
55.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。另外，在本技术的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。
56.在一些实施例中，如图1所示，电池系统的极限功率估算方法，包括：
57.根据电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，以及电池内阻的分压原理，确定目标模型；
58.求解目标模型，以确定电池系统达到极限电压下的最大放电电流；
59.电池系统达到极限电压下的最大放电电流与电池系统指定soc下的放电极限电压的乘积，确定为电池系统的极限功率。
60.在一些实施例中，目标模型表示电池系统指定soc下的放电极限电压、指定soc下电池系统开路电压、电池系统直流内阻以及放电电流之间的关系。
61.指定soc下的放电极限电压综合考虑电池系统的工作电压范围，电池系统的开路电压综合考虑了电芯一致性得差异，实际电压值相较于电芯开路电压更真实，电池系统直流电阻综合可考虑电芯内阻和电器件及焊接内阻，放电电流综合考虑整车实际行驶工况，如此得到电池系统电压、电流及内阻关系更能表征实际使用场景。
62.在一些实施例中，确定电池系统直流内阻和放电电流的函数关系包括：
63.设定电池系统的放电时间n(依据客户要求n一般取2、10、30、60、100等)秒；电池系统调整至指定soc；
64.电池系统按照第一设定放电电流进行放电，经过设定的放电时间后记录对应的第一电池系统电压，根据第一设定放电电流和第一电池系统电压，计算第一设定电流下的第一直流电阻；
65.电池系统按照第二设定放电电流进行放电，经过设定的放电时间后记录对应第二电池系统电压，根据第二设定放电电流和第二电池系统电压，计算第二设定电流下的第二直流电阻；
66.电池系统按照第三设定放电电流进行放电，经过设定的放电时间后记录对应第三电池系统电压，根据第三设定放电电流和第三电池系统电压，计算第三设定电流下的第三直流电阻；
67.根据第一设定放电电流、第二设定放电电流、第三设定放电电流以及分别对应的第一直流电阻、第二直流电阻和第三直流电阻，拟合电池系统直流内阻和放电电流的函数曲线。
68.具体实施例中，按照i1电流放电n秒后记录电池系统电压u
end1
，计算对应i1电流下的直流内阻按照2i1电流放电n秒后记录电池系统的电压u
end2
，计算对应21电流下的直流内阻照5i1电流放电n秒后记录电池系统的电压u
end3
，计算对应51电流下的直流内阻根据不同电流下的直流内阻拟合电流和电池系统内阻的函数。
69.电池直流内阻主要分为欧姆内阻、电化学极化内阻以及浓差极化内阻，其中欧姆内阻主要是电芯以及电气各部分组件的接触电阻，基本不受电流影响；电化学极化内阻以及浓差极化内阻是由于电池极化产生的内阻，其中电流较小时，极化内阻主要受电化学极化控制，此时随着电流增大，电化学极化内阻减小，电池直流内阻减小，但当电流增大到一定程度，直流内阻收浓差极化影响，电流增大，浓差极化内阻增大，整体直流内阻增大。依据以上电池系统随直流电阻随电流变化的特征以及实测的i1、2i1、5i1的直流内阻值pack
dcir1
、pack
dcir2
、pack
dcir3
拟合放电电流与内阻的函数曲线如图3所示。
70.依据图3所示的函数曲线简化内阻以及电流曲线后如图4所示。
71.依据线性简化模型得到电池系统直流内阻与电流的函数关系：
72.pack
dcir
＝k1i+b1(i＜is)，其中k1＜0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(i)；
73.pack
dcir
＝k2i+b2(i＞is)，其中k2＞0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(ii)；
74.is：电池直流内阻最小时对应的电流；
75.k1：电流小于is时，内阻随电流增大而减小的降额系数；
76.k1：电流大于is时，内阻随电流增大而增大的增长系数；
77.b1：电流为0时，电池内阻理论推算值；
78.b2：依据is以及5i1以及对应电池系统直流内阻值拟合获得，实际无物理意义。
79.以上(i)、(ii)合并为：pack
dcir
＝f(i)
ꢀꢀꢀꢀ
(iii)；
80.定义电池系统指定soc下的放电极限电压为u
min
，则依据电池内阻分压原理有：
81.opv-u
min
＝pack
dcir
·iꢀꢀꢀꢀꢀ
(iv)；
82.将(iii)带入(iv)中得：opv-u
min
＝f(i)
·
i；
83.其中，opv为指定soc下电池系统的开路电压。具体实施方式中，可将电池系统调整至指定soc(state of charge)，记录指定soc下电池系统开路电压opv(open pack voltage)。
84.由此解得电池系统达到极限电压下得最大电流i
max
，则电池系统理论极限功率为：
85.power
max1
＝i
max
*u
min
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(v)；
86.实际在电池系统中，实际电池管理系统bms(battery management system)实际计算的soc与实际是存在偏差，且各个温度下的偏差量存在差异，一般低温下和高温下得soc精度偏差较大，依据soc精度实验室测试结果建立soc偏差曲线如图5所示。
87.定义y1为温度t1时的soc精度偏差值，t1定义为电池系统工作温度下限，y2为温度t2时的soc精度偏差值，y3为温度t3时的soc精度偏差值，y4为温度t4时的soc精度偏差值，t4定义为电池系统工作温度上限。
88.在一些实施方式中，在以上实施方式的基础上，基于电池系统理论极限功率power
max1
进行soc偏差修正，得到第一极限功率修正值power
max2
(t)，表示为：
89.power
max2
(t)＝power
max1
*(1-y)
ꢀꢀꢀꢀ
(vi)；
90.其中y为soc精度偏差值。
91.电池的soc(state-of-charge)指的是电池剩余电量的状态，一般用百分比的形式来读取电池的剩余电量，为了表示方便，通常将电池的soc表示如下：
92.soc＝qc/qn·
100％；
93.其中qc指的是某时刻电池的剩余可用电量，qn指的是电池的额定容量。
94.在具体实施方式中，测量特定温度时的soc精度偏差值，可采用以下步骤进行：a)以可用容量测试时所采用的充电规范将电池系统充电至满电状态；
95.b)静置不低于30min或规定的搁置时间(不高于60min)；
96.c)以1q0(a)放电12min；
97.d)静置不低于30min或规定的搁置时间(不高于60min)；
98.e)采用特定工况(参见规范性标准或协商确定)循环n次，n是使实际soc接近30％的最大数。
99.f)静置不低于30min或规定的搁置时间(不高于60min)；
100.g)以可用容量测试时所采用的充电规范将电池系统充电至80％；
101.h)静置不低于30min或制造商规定的搁置时间(不高于60min)；
102.i)按e)～h)循环10次；
103.j)记录电池管理系统bms上报的soc_bms值；
104.k)以可用容量测试时所采用的放电规范将电池系统放电，记录放电量q1，soc_真值按照以下方式计算：
105.soc_真值＝q1/q0·
100％；
106.soc精度偏差值＝|soc_真值-soc_bms值|。
107.在一些实施方式中，基于以上实施方式，如图2所示，电池系统的极限功率估算方法还包括功率温度修正。
108.电池系统中一般布置温感用于采集电池温度，但实际温度与温感采集的温度存在偏差，此偏差主要是由传感器精度、软件算法精度以及温感的分布位置导致的，基于此需要对第一极限功率修正值power
max2
(t)进行温度修正，获得第二极限功率修正值power
max3
。
109.首先通过实验室获取电池系统温度偏差值z，进行温度修正后建立某soc下的功率温度曲线如图6所示。
110.一般低温下电池内阻较大、极化大，功率较小，高温下考虑过温风险以及电池老化，电池功率相较于常温会有缩减，定义p1为温度t1时的温度偏差值，t1定义为电池系统工作温度下限，p2为温度t2时的温度偏差值，p3为温度t3时的温度偏差值，p4为温度t4时的温度偏差值，t4定义为电池系统工作温度上限。
111.温度偏差值指的是bms系统采集的温度值与实际测试的电芯真实温度值之间差值的绝对值。可选地，在电芯各个不同位置布置温度传感器，按照特定工况测试电芯的真实温度值。
112.可选地，t2可为电池系统常态工作温度(一般指室温)，t3为电池系统出于老化寿命及整车热管理策略确定的功率降额点温度。
113.基于实验室测得的温度偏差值z以及上述某特定soc下功率温度曲线对第一极限功率修正值power
max2
(t)进行温度修正：
114.power
max3
＝power
max2
(t-z)，t1≤t≤tkꢀꢀꢀꢀ
(vii)
115.power
max3
＝power
max2
(t+z)，tk＜7≤t4ꢀꢀꢀ
(viii)
116.具体实施方式中，温度设定值tk可设为介于t2、t3之间。
117.本技术提供的电池系统的极限功率估算方法，并结合电流大小及电芯直流内阻的影响因子，不依赖电芯测试得电池系统极限功率测试与计算如此节省了电芯测试的时间。
118.同时考虑到电池系统中soc偏差修正、温度场分布偏差的修正，推算整个电池系统级别的电池功率极限能力，同时经过soc偏差修正、以及温度场修正的极限功率也更能表征电池系统实际极限功率性能。
119.在一些实施方式中，本技术还提供了一种电池管理系统(battery management system，bms)，包括存储器以及处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的极限功率估算方法。
120.存储器可包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、移动蜂窝网络、nfc(近场通信))或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种动力电池组的sop估算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
121.在一些实施方式中，本技术还提供了一种用电设备，包括以上的电池管理系统。在一些实施方式中，本技术的用电设备可以是，但不限于手机、平板电脑、笔记本电脑、电子阅读器等便携式电子设备，还可以是无人机、备用电源、电动汽车、电动摩托车、电动轮船、电动工具、家庭用大型蓄电池等。
122.应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述的描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

技术特征：
1.一种电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，包括：根据电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，以及电池内阻的分压原理，确定目标模型；求解所述目标模型，以确定所述电池系统达到极限电压下的最大放电电流；所述最大放电电流与所述电池系统指定soc下的放电极限电压的乘积，确定为所述电池系统的极限功率。2.根据权利要求1所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述目标模型表示所述电池系统指定soc下的放电极限电压、指定soc下的电池系统开路电压、电池系统直流内阻以及放电电流之间的关系。3.根据权利要求1所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述目标模型表示如下：opv-u
min
＝f(i)
·
i；其中，opv为指定soc下所述电池系统的开路电压，u
min
为所述电池系统指定soc下的放电极限电压，f(i)为所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，i为放电电流。4.根据权利要求3所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系f(i)表示如下：f(i)＝pack
dcir
；pack
dcir
＝k1i+b1(i＜i
s
)，其中k1＜0；pack
dcir
＝k2i+b2(i＞i
s
)，其中k2＞0；其中，i
s
为电池直流内阻最小时对应的放电电流；k1为电流小于i
s
时，内阻随放电电流增大而减小的降额系数；k1为电流大于i
s
时，内阻随放电电流增大而增大的增长系数；b1为第一常数项；b2为第二常数项。5.根据权利要求1所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述电池系统的极限功率，进行soc偏差修正，获得第一极限功率修正值，所述第一极限功率修正值表示如下：power
max2
(t)＝power
max1
*(1-y)；其中，power
max1
为所述电池系统的极限功率，y为soc精度偏差值，t为当前温度，power
max2
()为第一极限功率修正值的表达函数。6.根据权利要求5所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，确定所述soc精度偏差值的方法如下：根据温度及其对应的soc，拟合确定soc精度偏差曲线；根据所述soc精度偏差曲线确定所述soc精度偏差值。7.根据权利要求5所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述第一极限功率修正值，进行温度修正，获得第二极限功率修正值，所述第二极限功率修正值表示如下：power
max3
＝power
max2
(t-z)，t1≤t≤t
k
；power
max3
＝powr
max2
(t+z)，t
k
＜t≤t4；
其中，t1为电池系统工作温度下限，t4为电池系统工作温度上限，t
k
为温度设定值，z为当前温度时的温度偏差值。8.根据权利要求1所述的电池系统的极限功率估算方法，其特征在于，所述电池系统直流内阻和放电电流的函数关系的确定方法如下：设定所述电池系统的放电时间；所述电池系统调整至指定soc；所述电池系统依次按照多个设定放电电流进行放电，经过所述放电时间后确定对应电池系统的电压；分别根据各个所述设定放电电流及对应所述电池系统的电压，计算各个所述设定放电电流下的直流内阻；根据各个所述设定放电电流和各个所述设定放电电流下的直流内阻，拟合放电电流和电池系统内阻的函数。9.一种电池管理系统，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1～8任一项所述的极限功率估算方法。10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池管理系统。

技术总结
本申请公开了电池系统的极限功率估算方法、电池管理系统和用电设备，根据电池系统直流内阻和放电电流的函数关系，以及电池内阻的分压原理，确定目标模型；求解目标模型，以确定电池系统达到极限电压下的最大放电电流；电池系统达到极限电压下的最大放电电流与电池系统指定SOC下的放电极限电压的乘积，确定为电池系统的极限功率。本申请直接基于整个电池系统级别的脉冲功率测试结果，并结合放电电流大小及电芯直流内阻的影响因子，推算整个电池系统级别的电池功率极限能力，如此节省了电芯测试的时间。试的时间。试的时间。


技术研发人员：许鑫
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/1