一种直流充电剩余时间估算方法及其系统与流程

1.本发明涉及车辆蓄电池充电技术领域，具体涉及一种直流充电剩余时间估算方法及其系统。


背景技术：

2.当今纯电动汽车的续航能力在不断提升，但是充电难和充电时间长的问题是一直存在。而其中对充电剩余时间的准确估计和上传也是用户比较关心的，用户对直流充电时间的关注要高于慢充，因为直流充电时间的估计会影响用户在用车过程中的时间分配。
3.目前的充电剩余时间的估计方法通常有实时估算和预估标定两种：
4.实时估算方法，是通过剩余需要充电电量除以充电时的实时电流得到，这种方式的优点是在充电时间能够较好的跟随充电速度变化，这种方案类似于电脑上的文件传输剩余时间显示方式；
5.预估标定方法，是通过试验获取不同soc或者电压下的真实充电剩余时间，然后将试验结果以标定的形式写入到软件中，在充电至不同的soc时候按照标定map映射充电剩余时间。这种方式的优点是软件简单在常温下充电剩余时间估算较为精确，并且充电窗口切换时候不会产生充电剩余时间的跳动。
6.在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
7.1、对于实时估算方法，在有加热或者冷却需求时，会导致实时的充电电流相对于常态下不同，这就导致估算的充电剩余时间不准。并且在充电倍率切换的时候会出现充电剩余时间的跳变。
8.2、对于预估标定方法，由于环境温度不同，不同的起始soc下的充电剩余时间不同，因此需要进行大量不同温度下的充电剩余时间的标定，同时这种方式对于存在加热或者冷却的情况下估算精度较差。


技术实现要素：

9.本发明旨在提出一种直流充电剩余时间估算方法及其系统，以解决现有实时估算方法和预估标定方法存在的技术问题。
10.本发明一实施例提出一种直流充电剩余时间估算方法，包括：
11.步骤s1、获取每一充电间隔的充电参数，并根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，充电时每一充电间隔进行预设充电量的充电，所述充电参数包括充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度；
12.其中：第一个充电间隔的充电参数为当前时间的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度，第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得；并且，加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，非加热或非冷却过程中的电池温度采用第二预设估算方式进行估算；
13.步骤s2、累加每一充电间隔所需的充电时间得到电池充满电的时间。
14.优选地，上述每一充电间隔的预设充电量为1％cap；其中，cap为电池容量。
15.优选地，上述根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，具体如下表达式所示：
[0016][0017]
其中，t(k)为第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，cap为电池容量，i(k)为第k个充电间隔的充电电流。
[0018]
优选地，上述第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得，包括：
[0019]
第k+1个充电间隔的荷电状态soc等于第k个充电间隔的荷电状态soc加上1％。
[0020]
优选地，上述第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得，包括：
[0021]
在加热或冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间、以及实车测试标定的电池温度与时间的变化关系，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度；在非加热或非冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度。
[0022]
优选地，上述第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得，包括：
[0023]
根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc、第k+1个充电间隔的电池温度查询预设表格，获得对应的第k+1个充电间隔的电池开路电压，并基于二阶rc等效电路模型，根据第k+1个充电间隔的电池开路电压、第k个充电间隔的充电电流计算得到第k+1个充电间隔的电池工作电压。
[0024]
优选地，上述第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得，包括：
[0025]
根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc和第k+1充电间隔的电池温度查询预设表格得到查表电流，并获取充电桩上报的充电电流，并选取所述查表电流和充电桩上报的充电电流中的电流值较小者为第k+1充电间隔的充电电流。
[0026]
优选地，所述步骤s1还包括：根据电池温度实时判断电池是否处于加热或冷却过程。
[0027]
优选地，所述方法还包括：每隔预设时间周期，执行上述步骤s1-s2。
[0028]
本发明另一实施例提出一种直流充电剩余时间估算系统，用于实现上述实施例所述的直流充电剩余时间估算方法，所述系统包括：
[0029]
信息获取单元，用于获取每一充电间隔的充电参数，并根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，充电时每一充电间隔进行预设充电量的充电，所述充电参数包括充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度；其中：第一个充电间隔的充电参数为当前时间的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度，第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得；并且，加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，非加热或非冷却过程中的电池
温度采用第二预设估算方式进行估算；
[0030]
充电时间获取单元，用于累加每一充电间隔所需的充电时间得到电池充满电的时间。
[0031]
以上实施例方案具有如下有益效果：通过获取每一充电间隔的充电参数，并根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，累加每一充电间隔所需的充电时间得到电池充满电的时间。以上实施例方案，设置加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，设置非加热或非冷却过程中的电池温度采用第二预设估算方式进行估算，解决现有在有加热或者冷却需求时，会导致实时的充电电流相对于常态下不同，从而导致估算的充电剩余时间不准的技术问题。同时，可以避免进行大量不同温度下的充电剩余时间的标定，提高对于存在加热或者冷却的需求的电池充电时间的估算精度。此外，以上实施例方案，对充电过程按充电量划分为多个充电间隔，并对每一充电间隔的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度等参数进行了预估，而此种预估方法能够实现从充电开始到充满电全过程中的参数预估，能够在充电窗口切换时正常工作，避免在电流窗口切换造成的充电剩余时间波动。
[0032]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图来实现和获得。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
[0034]
图1为本发明一实施例中一种直流充电剩余时间估算方法流程图。
[0035]
图2为二阶rc等效电路示意图。
[0036]
图3本发明另一实施例中一种直流充电剩余时间估算系统框架图。
具体实施方式
[0037]
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0038]
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0039]
本发明一实施例提出一种直流充电剩余时间估算方法，图1为本实施例所述方法的流程图，参阅图1，所述方法包括如下步骤s1-s2。
[0040]
步骤s1、获取每一充电间隔的充电参数，并根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，充电时每一充电间隔进行预设充电量的充电，所述充电参数包括充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度；
[0041]
其中：第一个充电间隔的充电参数为当前时间(即启动充电的时刻)的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度，第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得；并且，加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，非加热或非冷却过程中的电池温度采用第二预设估算方式进行估算；
[0042]
具体而言，采用如图2所示的二阶rc等效电路模型作为电池模型，其中电池模型参数(r1，c1，r2，c2，r0)预先通过电芯测试试验来进行拟合获取。
[0043]
步骤s2、累加每一充电间隔所需的充电时间得到电池充满电的时间。
[0044]
在本实施例中，通过设置加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，并设置非加热或非冷却过程中的电池温度采用第二预设估算方式进行估算，能够解决现有在有加热或者冷却需求时，会导致实时的充电电流相对于常态下不同，从而导致估算的充电剩余时间不准的技术问题。同时，可以避免进行大量不同温度下的充电剩余时间的标定，提高对于存在加热或者冷却的需求的电池充电时间的估算精度。
[0045]
此外，在本实施例中，将充电过程按充电量划分为多个充电间隔，并对每一充电间隔的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度等参数进行了预估，而此种预估方法能够实现从充电开始到充满电全过程中的参数预估，能够在充电窗口切换时正常工作，避免在电流窗口切换造成的充电剩余时间波动。
[0046]
在一具体实施例中，所述步骤s1中每一充电间隔的预设充电量为1％cap；其中，cap为电池容量。
[0047]
当然，也可以根据技术要求调整每一充电间隔的预设充电量，每一充电间隔的预设充电量可以不同。
[0048]
在一具体实施例中，所述步骤s1中根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，具体如下表达式所示：
[0049][0050]
其中，t(k)为第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，cap为电池容量，i(k)为第k个充电间隔的充电电流。
[0051]
在一具体实施例中，所述步骤s1具体包括：
[0052]
(1)第k+1个充电间隔的荷电状态soc等于第k个充电间隔的荷电状态soc加上1％，也就是每间隔1％的soc进行预估。
[0053]
(2)在加热或冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间、以及实车测试标定的电池温度与时间的变化关系，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度；
[0054]
具体而言，对于加热或冷却过程的电池温度变化，根据实车标定数据可知电池温度随起始温度和时间的变化关系，步骤中第一预设估算方式为：根据实车测试标定出来的温度随起始温度和时间的变化关系来进行温度预估，变化关系可以体现为坐标中的变化曲线，首先获得第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，在所述变化曲线上可以找到与所述第k个充电间隔的电池温度所对应的坐标点，在该坐标点的基础上平移“第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间”的单位，即可以找到对应的第k+1个充电间隔的电池温度，可以表示为如下表达式：
[0055]
t(k+1)＝ft1(t(k),δt)
[0056]
其中，t(k+1)为第k+1个充电间隔的电池温度，t(k)为第k个充电间隔的电池温度，δt为第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，ft1(t(k),δt)表示t(k+1)与t(k)、δt的关系函数。
[0057]
在非加热或非冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度；
[0058]
具体而言，根据实车标定数据可知，对于非加热或非冷却过程的电池温度变化，电池温度比较稳定，其与第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间有关，因此，步骤中第二预设估算方式为：通过事先标定，可以得到第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间与电池温度的对应关系，据此，可以预先通过标定得到多个电池温度数据，并形成表格，通过根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间进行查询表格，可以获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度，可以表示为如下表达式：
[0059]
t(k+1)＝ft2(t(k),i(k),δt)
[0060]
其中，t(k+1)为第k+1个充电间隔的电池温度，t(k)为第k个充电间隔的电池温度，δt为第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，i(k)为第k个充电间隔的充电电流，ft2(t(k),i(k),δt)表示t(k+1)与t(k)、δt、i(k)的关系函数。
[0061]
(3)根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc、第k+1个充电间隔的电池温度查询预设表格，获得对应的第k+1个充电间隔的电池开路电压，并基于二阶rc等效电路模型，根据第k+1个充电间隔的电池开路电压、第k个充电间隔的充电电流计算得到第k+1个充电间隔的电池工作电压；
[0062]
具体而言，步骤中查询预设表格获得对应的第k+1个充电间隔的电池开路电压的计算具体如下表达式所示：
[0063]
uoc(k+1)＝f(soc(k+1),t(k+1))
[0064]
其中，uoc(k+1)为第k+1个充电间隔的电池开路电压，soc(k+1)为第k+1个充电间隔的荷电状态soc，t(k+1)为第k+1个充电间隔的电池温度。
[0065]
如图2所示的二阶电路等效模型存在以下方程：
[0066][0067]
其中，u1为r1所对应的电压，u2为r2所对应的电压。
[0068]
对该方程组进行离散化可以得到：
[0069][0070]
上述方程建立了第k+1个充电间隔的电池工作电压u(k+1)的递推关系，由此即可解出u(k+1)。
[0071]
(4)步骤中实时关注充电窗口是否存在切换，即根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc和第k+1充电间隔的电池温度查询预设表格得到查表电流，并获取充电桩上报的充电电流，并选取所述查表电流和充电桩上报的充电电流中的电流值较小者为第k+1充电间隔的充电电流，可以表示为如下表达式：
[0072]
i(k+1)＝min(fmap(soc(k+1),t(k+1)),i
charger_cap
)
[0073]
其中，i(k+1)为第k+1充电间隔的充电电流，fmap(soc(k+1),t(k+1))为查表电流，i
charger_cap
为充电桩上报的充电电流。
[0074]
在一具体实施例中，所述步骤s1还包括：根据电池温度实时判断电池是否处于加热或冷却过程。
[0075]
具体而言，电池温度在非加热或非冷却过程时，电池温度会处于一个稳定的温度范围内，通过判断当前电池温度是否超出该温度范围，即可确定判断电池是否处于加热或冷却过程。
[0076]
在一具体实施例中，所述方法还包括：每隔预设时间周期，执行上述步骤s1-s2。
[0077]
具体而言，充电剩余时间每隔预设时间周期更新一次，例如每隔5秒为一个周期，每次需要进行完整循环上述步骤s1～s2，从充电开始到达到充满电截止条件(即完成所有充电间隔的充电时间的估算)的δt累加即可得到充电剩余时间的估计；在上报充电剩余时间的时候需要实时监控电池的实际充电电流，在窗口切换的时候上报充电剩余时间做平滑处理。
[0078]
本实施例实现了精确的充电剩余时间的估算，不论是高温或是低温环境下都能够使用本实施例的估算方法。本实施例所阐述的方法能够兼容充电剩余时间估算的实时性和准确性，由于实时对充电过程中的温度和电压进行了预估可以很方便的进行充电查表。
[0079]
并且，本实施例充电剩余时间估算方法可以拓展应用到交流充电剩余时间估计，只需将直流充电的map以及充电截止条件进行更换即可。
[0080]
如图2所示，本发明另一实施例提出一种直流充电剩余时间估算系统，用于实现上述实施例所述的直流充电剩余时间估算方法，所述系统包括：
[0081]
信息获取单元1，用于获取每一充电间隔的充电参数，并根据所述每一充电间隔的充电参数估算每一充电间隔充满预设充电量所需充电时间，充电时每一充电间隔进行预设充电量的充电，所述充电参数包括充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度；其中：第一个充电间隔的充电参数为当前时间的充电电流、荷电状态soc、电池工作电压和电池温度，第k+1个充电间隔的充电参数根据第k个充电间隔的充电参数预估获得；并且，加热或冷却过程中的电池温度采用第一预设估算方式进行估算，非加热或非冷却过程中的电池温度采用第二预设估算方式进行估算；
[0082]
充电时间获取单元2，用于累加每一充电间隔所需的充电时间得到电池充满电的时间。
[0083]
其中，所述信息获取单元包括：
[0084]
soc信息获取单元11，用于获取各充电间隔的荷电状态soc；其中第k+1个充电间隔的荷电状态soc等于第k个充电间隔的荷电状态soc加上1％；
[0085]
温度信息获取单元12，用于获取各充电间隔的电池温度；在加热或冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间、以及实车测试标定的电池温度与时间的变化关系，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度；在非加热或非冷却时，根据第k个充电间隔的电池温度、第k个充电间隔的充电电流、以及第k个充电间隔充满预设充电量所需充电时间，获得对应的第k+1个充电间隔的电池温度；
[0086]
电压信息获取单元13，用于获取各充电间隔的电池工作电压；其中，根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc、第k+1个充电间隔的电池温度查询预设表格，获得对应的第k+1个充电间隔的电池开路电压，并基于二阶rc等效电路模型，根据第k+1个充电间隔的电池开路电压、第k个充电间隔的充电电流计算得到第k+1个充电间隔的电池工作电压；
[0087]
电流信息获取单元14，用于获取各充电间隔的充电电流，其中，根据第k+1个充电间隔的荷电状态soc和第k+1充电间隔的电池温度查询预设表格得到查表电流，并获取充电桩上报的充电电流，并选取所述查表电流和充电桩上报的充电电流中的电流值较小者为第k+1充电间隔的充电电流。
[0088]
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0089]
需说明的是，上述实施例所述系统与上述实施例所述方法对应，因此，上述实施例所述系统未详述部分可以参阅上述实施例所述方法的内容得到，此处不再赘述。
[0090]
并且，上述实施例所述直流充电剩余时间估算系统如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0091]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。