一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车的电池管理系统技术领域，特别的为一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法。


背景技术：

2.锂离子电池系统凭借其可观的能量密度、良好的功率特性和较长的使用寿命等综合性能，被视为目前新能源汽车最主流的储能设备。然而，作为纯电动汽车成本最高的部件之一，锂离子电池系统在为整车高压器件供电时，也应当得到相应的保护，以缓解其容量衰退等不可逆的化学变化速率，减少电池系统更换的二次成本。其中，合理控制锂电池系统的输入输出功率和电流是保护其性能的最有效手段。
3.目前在工程应用上，限制锂电池系统使用过程中的功率和电流往往采用直接控制的手段，即首先获取不同条件下的功率限制和电流限制数据，通过查表的方式直接获取当前允许的输入输出功率和电流。这种方法尽管较为便捷且容易实现，但未考虑锂离子电池的内在机理，缺乏动态性和控制柔性。实际上，锂离子电池在充放电过程中产生的析锂（过充时发生）和过热（过充或过放时发生）等效应都会发生堆积，其功率和电流也应受到此类效应的约束，整个过程是多种因素耦合作用的结果。
4.因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。


技术实现要素：

5.本发明提供的发明目的在于提供一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法，对车载锂离子电池系统的功率控制和电流控制，首先测量各类需求数据数据，然后以锂电池析锂和过热效应为依据，根据当前车辆状态计算动态充放电功率裕度，并进一步计算充放电限制功率和电流，动态地解决锂离子电池系统的使用问题，在事实上建立起了功率控制与电流控制的内在联系。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法，包括有以下步骤：s1、数据测量：通过相应电池实验测量锂离子电池在不同soc和温度下的最大允许持续充电电流i
chg_con
、最大允许持续放电电流i
dis_con
、最大允许峰值充电电流i
chg_peak
数据和最大允许峰值放电电流i
dis_peak
数据，测量锂离子电池过热阈值电流数据和积分上限阈值数据，所述过热阈值电流数据为电池以较大速率堆积热量的电流阈值，测量不同温度下锂离子电池充放电过流积分上限阈值数据；s2、获取系统电流：实时获取当前系统电流i
sys
，并根据当前soc和最高单体温度与最低单体温度计算最大允许持续充电电流i
chg_con
、最大允许持续放电电流i
dis_con
、最大允许峰值充电电流i
chg_peak
和最大允许峰值放电电流i
dis_peak
；s3、判断当前车辆状态并进行数据处理：若车辆当前处于充电或回馈状态，则将系统电流与最大允许持续充电电流的差值进行积分，与此同时以最大允许持续放电电流为步
长从放电过流积分中消减，若车辆当前为放电状态，则将系统电流与最大允许持续放电电流的差值进行积分，与此同时以最大允许持续充电电流为步长从充电过流积分中消减，同时系统电流超过过热电流阈值i
oh_lmt
，则将系统电流与过热阈值电流的差值进行积分；s4、动态充放电功率裕度和充放电限制电流的计算：根据s3中所得充电过流积分、放电过流积分、充电过流积分上限阈值和放电过流积分上限阈值通过第一计算公式可得动态充放电功率裕度，进而通过动态充放电功率裕度和第二计算公式可得充放电限制电流；s5、电池数据测量：通过相应电池实验测量锂离子电池在不同soc和温度下的持续充放电内阻数据和脉冲充放电内阻数据，所述持续充电内阻数据为r
chg_con
，所述持续放电内阻数据为r
dis_con
，所述脉冲充电内阻数据为r
chg_peak
，所述脉冲放电内阻数据为r
dis_peak
，测量锂离子电池最大允许充电脉冲电压vp
max_chg
和最低允许放电脉冲电压vp
min_dis
，测量电池组硬件回路阻值r
h
，实时获取最高单体电压vc
max
和最低单体电压vc
min
，根据当前系统soc和最高最低单体温度计算持续充电内阻r
chg_con
、持续放电内阻r
dis_con
、脉冲充电内阻r
chg_peak
和脉冲放电内阻r
dis_peak
；s6、功率计算： 根据s1至s5，若电池处于充电或回馈状态，则计算最高允许充电脉冲电压vp
max_chg
与最高单体电压vc
max
的差值δvp
chg
，再根据差值δvp
chg
、持续充电内阻r
chg_con
数据、脉冲充电内阻r
chg_peak
数据和放电限制电流i
chg_gen
计算最大允许持续放电电流ip
chg_con
和峰值充电功率限制电流ip
chg_peak
，同时根据soc等效开路电压vc
soc_eq
、最大允许持续放电电流ip
chg_con
和峰值充电功率限制电流ip
chg_peak
计算最大允许持续充电功率p
chg_con
和峰值充电功率p
chg_peak
，若电池处于放电状态，则计算最低允许充电脉冲电压vp
min_dis
与最低单体电压vc
min
的差值δvp
dis
，再根据差值δvp
dis
、持续放电内阻数据r
dis_con
、脉冲放电内阻r
dis_peak
和放电限制电流i
dis_gen
计算最大允许持续放电电流ip
dis_con
和峰值放电功率限制电流ip
dis_peak
，同时根据soc等效开路电压vc
soc_eq
、最大允许持续放电电流ip
dis_con
和峰值放电功率限制电流ip
dis_peak
计算最大允许持续放电功率p
dis_con
和峰值放电功率p
dis_peak
；s7、充放电限制功率计算：根据s1至s6中动态充放电功率裕度计算充放电限制功率，所述充电限制功率为p
chg_gen
，所述放电限制功率为p
dis_gen
。
7.作为本发明进一步的方案：根据s1中操作步骤，所述soc为电池剩余容量。
8.作为本发明进一步的方案：根据s3中操作步骤，若车辆当前处于充电或回馈状态，可得计算公式为
ꢀꢀꢀ
公式（1）所述c
chg_acc
为充电过流积分，所述c
dis_acc
为放电过流积分。
9.作为本发明进一步的方案：根据s3中操作步骤，所述c
dis_acc
和c
chg_acc
的数值均不小于0，所述k为时刻，所述t
step
为时间步长，若车辆当前为放电状态，可得计算公式为
ꢀꢀꢀ
公式（2）。
10.作为本发明进一步的方案：根据s3中操作步骤，若系统电流超过过热电流阈值时，可得计算公式为
ꢀꢀ
公式（3）
所述c
oh_acc
为过热溢出电流积分，且c
oh_acc
不小于0。
11.作为本发明进一步的方案：根据s4中操作步骤，所述第一计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（4）所述ξ
chg
为动态充电功率裕度，所述ξ
dis
为动态放电功率裕度，且ξ
chg
和ξ
dis
的数值在0至1之间。
12.作为本发明进一步的方案：根据s4中操作步骤，所述第二计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（5）所述i
chg_gen
为充电限制电流，所述i
dis_gen
为放电限制电流，若过热溢出电流积分高于过热积分阈值，则将放电限制电流设定为过热电流阈值。
13.作为本发明进一步的方案：根据s6中操作步骤，当电池处于充电或回馈状态时，所述差值δvp
chg
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（6）所述ip
chg_con
和ip
chg_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（7）所述p
chg_con
和p
chg_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（8）。
14.作为本发明进一步的方案：根据s6中操作步骤，当电池处于放电状态时，所述差值δvp
dis
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（9）所述ip
dis_con
和ip
dis_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（10）所述p
dis_con
和p
dis_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（11）。
15.作为本发明进一步的方案：根据s7中操作步骤，所述p
chg_gen
和p
dis_gen
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（12）。
16.本发明提供了一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法。具备以下有益效果：该车载锂离子电池系统功率与电流控制方法，以锂电池析锂和过热的堆积效应为理论依据，更加符合锂离子电池充放电作用机理，控制效果更佳，充分考虑了内阻分压影响，结合电池寿命衰减导致的内阻增加数据能够使功率控制覆盖电池的整个生命周期，控制更加合理，在限制功率与限制电流之间建立有效关联，更能够确保电池系统运行过程中的状态一致性，排除了在实现功率控制与电流控制时所发生的“顾此失彼”的现象。
附图说明
17.图1为本法发明的控制流程图。
具体实施方式
18.以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
19.实施例1、一种车载锂离子电池系统功率与电流控制方法，包括以下步骤：步骤一、数据测量：通过相应电池实验测量锂离子电池在不同soc和温度下的最大允许持续充电电流i
chg_con
、最大允许持续放电电流i
dis_con
、最大允许峰值充电电流i
chg_peak
数据和最大允许峰值放电电流i
dis_peak
数据，测量锂离子电池过热阈值电流数据和积分上限阈值数据，过热阈值电流数据为电池以较大速率堆积热量的电流阈值，测量不同温度下锂离子电池充放电过流积分上限阈值数据，步骤二、获取系统电流：实时获取当前系统电流i
sys
，并根据当前soc和最高单体温度与最低单体温度计算最大允许持续充电电流i
chg_con
、最大允许持续放电电流i
dis_con
、最大允许峰值充电电流i
chg_peak
和最大允许峰值放电电流i
dis_peak
，步骤三、判断当前车辆状态并进行数据处理：若车辆当前处于充电或回馈状态，则将系统电流与最大允许持续充电电流的差值进行积分，与此同时以最大允许持续放电电流为步长从放电过流积分中消减，若车辆当前为放电状态，则将系统电流与最大允许持续放电电流的差值进行积分，与此同时以最大允许持续充电电流为步长从充电过流积分中消减，同时系统电流超过过热电流阈值i
oh_lmt
，则将系统电流与过热阈值电流的差值进行积分，步骤四、动态充放电功率裕度和充放电限制电流的计算：根据步骤三中所得充电过流积分、放电过流积分、充电过流积分上限阈值和放电过流积分上限阈值通过第一计算公式可得动态充放电功率裕度，进而通过动态充放电功率裕度和第二计算公式可得充放电限制电流，步骤五、电池数据测量：通过相应电池实验测量锂离子电池在不同soc和温度下的持续充放电内阻数据和脉冲充放电内阻数据，持续充电内阻数据为r
chg_con
，持续放电内阻数据为r
dis_con
，脉冲充电内阻数据为r
chg_peak
，脉冲放电内阻数据为r
dis_peak
，测量锂离子电池最大允许充电脉冲电压vp
max_chg
和最低允许放电脉冲电压vp
min_dis
，测量电池组硬件回路阻值r
h
，实时获取最高单体电压vc
max
和最低单体电压vc
min
，根据当前系统soc和最高最低单体温度计算持续充电内阻r
chg_con
、持续放电内阻r
dis_con
、脉冲充电内阻r
chg_peak
和脉冲放电内阻r
dis_peak
，步骤六、功率计算： 根据步骤一至步骤五，若电池处于充电或回馈状态，则计算最高允许充电脉冲电压
vp
max_chg
与最高单体电压vc
max
的差值δvp
chg
，再根据差值δvp
chg
、持续充电内阻r
chg_con
数据、脉冲充电内阻r
chg_peak
数据和放电限制电流i
chg_gen
计算最大允许持续放电电流ip
chg_con
和峰值充电功率限制电流ip
chg_peak
，同时根据soc等效开路电压vc
soc_eq
、最大允许持续放电电流ip
chg_con
和峰值充电功率限制电流ip
chg_peak
计算最大允许持续充电功率p
chg_con
和峰值充电功率p
chg_peak
，若电池处于放电状态，则计算最低允许充电脉冲电压vp
min_dis
与最低单体电压vc
min
的差值δvp
dis
，再根据差值δvp
dis
、持续放电内阻数据r
dis_con
、脉冲放电内阻r
dis_peak
和放电限制电流i
dis_gen
计算最大允许持续放电电流ip
dis_con
和峰值放电功率限制电流ip
dis_peak
，同时根据soc等效开路电压vc
soc_eq
、最大允许持续放电电流ip
dis_con
和峰值放电功率限制电流ip
dis_peak
计算最大允许持续放电功率p
dis_con
和峰值放电功率p
dis_peak
，步骤七、充放电限制功率计算：根据步骤一至步骤六中动态充放电功率裕度计算充放电限制功率，充电限制功率为p
chg_gen
，放电限制功率为p
dis_gen
。
20.具体的，根据步骤一中操作步骤，soc为电池剩余容量。
21.具体的，根据步骤三中操作步骤，若车辆当前处于充电或回馈状态，可得计算公式为
ꢀꢀꢀ
公式（1）c
chg_acc
为充电过流积分，c
dis_acc
为放电过流积分。
22.具体的，根据步骤三中操作步骤，c
dis_acc
和c
chg_acc
的数值均不小于0，k为时刻，t
step
为时间步长，若车辆当前为放电状态，可得计算公式为
ꢀꢀꢀ
公式（2）。
23.具体的，根据步骤三中操作步骤，若系统电流超过过热电流阈值时，可得计算公式为
ꢀꢀ
公式（3）c
oh_acc
为过热溢出电流积分，且c
oh_acc
不小于0。
24.具体的，根据步骤四中操作步骤，第一计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（4）ξ
chg
为动态充电功率裕度，ξ
dis
为动态放电功率裕度，且ξ
chg
和ξ
dis
的数值在0至1之间。
25.具体的，根据步骤四中操作步骤，第二计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（5）i
chg_gen
为充电限制电流，i
dis_gen
为放电限制电流，若过热溢出电流积分高于过热积分阈值，则将放电限制电流设定为过热电流阈值。
26.具体的，根据步骤六中操作步骤，当电池处于充电或回馈状态时，差值δvp
chg
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（6）ip
chg_con
和ip
chg_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（7）p
chg_con
和p
chg_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（8）。
27.具体的，根据步骤六中操作步骤，当电池处于放电状态时，差值δvp
dis
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（9）ip
dis_con
和ip
dis_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（10）p
dis_con
和p
dis_peak
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（11）。
28.具体的，根据步骤七中操作步骤，p
chg_gen
和p
dis_gen
计算公式为：
ꢀꢀꢀ
公式（12）。
29.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。