电池SOE值估算方法、估算装置、电池管理系统及存储介质与流程

电池soe值估算方法、估算装置、电池管理系统及存储介质
技术领域
1.本技术一般涉及电池管理领域。更具体地，本技术涉及一种电池soe值估算方法、估算装置、电池管理系统及存储介质。


背景技术：

2.随着全球风电场、光伏电站等新能源发电工程迅速增加，作为抑制新能源发电间歇性、波动性有效手段的电池储能电站，特别是不断增多的锂电池储能电站。随着其数量的增多、运行时间的延长，电池储能单元的运行状况越来越受到重视。而储能电池模组作为储能单元的主要组成部分，评估其电池能量状态(state of energy，soe)对于提高储能单元运行性能，保证储能系统高效、稳定运行具有重要意义。
3.其中，soe用于表示电池剩余能量的百分比。近年来，为了更精确地衡量电池的剩余电量，soe的估算方法得到了不断的完善。目前soe估算方法虽然考虑了变倍率等因素对释放能量的影响，但是未考虑电池能量形式与soe之间的关系、不同情况下可用能量的确定等，导致利用该方法估算的soe仍存在较大的误差。


技术实现要素：

4.本技术提供一种电池soe值估算方法、估算装置、电池管理系统及存储介质，以解决现有电池的soe值估算不准确的问题。
5.为解决上述技术问题，本技术提供一种电池的soe值估算方法，包括：
6.获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量，电池充电过程中的消耗电量为负值，电池放电过程中消耗电量为正值；
7.测量电池充放电过程的电池温度；
8.基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数；
9.利用修正系数对电池的额定电量进行修正，得到修正电量；
10.根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。
11.在一实施例中，获取电池充放电所产生的消耗热量，包括：
12.获取电池充放电所产生的化学反应热、欧姆电阻热、电极溶解极化热和生成气体副反应热中的至少一种。
13.在一实施例中，获取电池充放电所产生的化学反应热包括：
14.计算电池充放电过程中的吉布斯自由能，以作为化学反应热。
15.在一实施例中，获取电池充放电所产生的欧姆电阻热包括：
16.根据电池充放电的电流及电池的电阻计算欧姆电阻热。
17.在一实施例中，基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数，包括：
18.基于温度及修正系数的预设对应表，进行线性插值计算，得到电池温度对应的修正系数。
19.在一实施例中，测量电池充放电过程的电池温度，包括：
20.测量电池充放电过程的最低温度，作为电池温度。
21.在一实施例中，根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值，包括：
22.将电池在充放电开始前的初始soe值，减去消耗电量和消耗热量与修正电量的商，得到电池在充放电结束后的估算soe值。
23.为解决上述技术问题，本技术提供一种电池的soe值估算装置，该soe值估算装置包括：
24.消耗获取单元，用于获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量，电池充电过程中的消耗电量为负值，电池放电过程中消耗电量为正值；
25.温度测量单元，用于测量电池充放电过程的电池温度；
26.电量修正单元，用于基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数；利用修正系数对电池的额定电量进行修正，得到修正电量；
27.soe值估算单元，用于根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。
28.为解决上述技术问题，本技术提供一种电池管理系统，包括上述的soe值估算装置。
29.为解决上述技术问题，本技术提供一种计算机存储介质，其中存储有至少一可执行指令，可执行指令被执行时实现如上的方法。
30.与现有技术不同，本技术soe值估算方法包括：获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量，电池充电过程中的消耗电量为负值，电池放电过程中消耗电量为正值；测量电池充放电过程的电池温度；基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数；利用修正系数对电池的额定电量进行修正，得到修正电量；根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。本实施例从电池内部热能消耗及电池温度等各种因素对可用电能的影响等方面着手，对soe估算方法进行修正，以提高估算精度，继而能够实现对电池更高效的管理。
附图说明
31.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
32.图1是本技术电池的soe值估算方法一实施例的流程示意图；
33.图2是本技术电池管理系统一实施例的虚拟模块结构示意图；
34.图3是本技术电池管理系统一实施例的结构示意图；
35.图4是本技术计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公
开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
37.请参阅图1，图1是本技术电池的soe值估算方法一实施例的流程示意图。本实施例电池的soe值估算方法包括以下步骤。
38.s101：获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量。
39.本实施例利用电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量进行soe值的估算。如此在步骤s101中可以获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量。
40.可选地，电池的消耗电量等于电池实际消耗电量与电池接收到的电量的差值。电池充电过程中，电池接收到的电量大于其实际消耗电量，从而电池充电过程中的消耗电量为负值。电池放电过程中，电池接收到的电量小于其实际消耗电量的电量，甚至电池接收到的电量可能为零，从而电池放电过程中的消耗电量为正值。
41.在一可实现的方式中，可以获取电池的soc值，并根据电池充放电前的soc0和电池充放电后的soc1计算出电池的消耗电量。
42.具体地，可以根据soc0和soc1以及电池当前的健康度soh，计算电池充放电所产生的消耗电量δc。消耗电量δc的计算公式可如下所示：
43.δc＝(soc
0-soc1)*soh*c0，c0为电池出厂容量。
44.在另一实现方式中，可以基于电池放电回路中每一时刻的电池电压和电池电流，确定每一时刻的放电功率；对电池充放电过程中的放电功率进行累积，以确定电池充放电过程中的实际消耗电量。还可以基于电池充电回路中每一时刻的电池电压和电池电流，确定每一时刻的充电功率；对电池充放电过程中的充电功率进行累积，以确定电池充放电过程中的接收到的电量。基于电池接收到的电量和电池的实际消耗电量，计算出电池充放电过程中的消耗电量。
45.可以理解的是，电池充放电过程中的能量，一部分来自于电能，另一部分为伴随着充放电过程在电池内部产生的热能。电池内部温升是热能损耗的直接体现，而不同工况下的升温情况对电池的应用存在较大影响，因此，考虑生热效应有助于提高电池soe值的估算精度。
46.电池内部热能(即电池充放电过程中所产生的消耗热量)可以包括电池充放电所产生的化学反应热、欧姆电阻热、电极溶解极化热和生成气体副反应热中的至少一种。
47.其中，电池充放电所产生的化学反应热可由温度t和熵变
△
s的乘积表示。进一步地，电池充放电所产生的化学反应热可以等于充放电过程中吉布斯自由能的变化。从而，电池充放电所产生的化学反应热qr的计算公式可如下所示：
[0048][0049]
其中，
△
g为吉布斯自由能变，n为交换电子数，ee为电池端电压，f为法拉第常数。
[0050]
而电池充放电所产生的欧姆电阻热可以基于电池的电流及电阻计算得到。具体地，电池充放电所产生的欧姆电阻热可以等于电池电流的平方与欧姆电阻的乘积。
[0051]
另外，电池充放电所产生的电极溶解极化热可以基于电池的电流及极化电阻计算得到。具体地，电池充放电所产生的电极溶解极化热可以等于电池电流的平方与极化电阻的乘积。
[0052]
从而，在忽略生成气体副反应热的情况下，电池充放电过程所产生的消耗热量q的计算公式可如下所示：
[0053][0054]
其中，r
p
、rj分别为电池的极化电阻、欧姆电阻，i为电池的电流。
[0055]
在其他实施例中，也可以基于环境温度、充放电时间和充放电过程中电池的温度确定电池充放电所产生的消耗热量。
[0056]
s102：测量电池充放电过程的电池温度。
[0057]
在估算电池soe值，还可测量电池充放电过程的电池温度，以便后续基于电池充放电过程的电池温度确定修正系数，进而便于后续基于修正系数进行电池soe值的估算。
[0058]
一般情况下，电池上会设置有电池管理系统，电池管理系统用于检测电池的各种状态信息，如电压值、电流值和/或温度值等。电池管理系统还可以用来检测电池的充电电压、充电电流等。本领域技术人员可以根据需要选择合适的电池管理系统用来配合电池使用。
[0059]
电池应用在设备中后，设备即开始了对电池的管理，如此便于即时获取到电池的电压值、soc值和温度值。
[0060]
此外，电池充放电过程的电池温度可以指电池充放电过程中电池的最低温度、平均温度或中值温度等，在此不做限制。
[0061]
s103：基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数。
[0062]
其中，电池内部实际可释放的能量在不同的运行工况下不同。soe的估算应当结合相应影响参数，并根据实际运行条件进行修正。其中，电池内部温度是直接影响放电条件下材料活性的因素。具体地，电池内部的温度较低，受材料特性的影响，可放出的能量较少，但损耗的热能也将减少；电池内部温度较高时，可放出能量及热量的损耗都将增加。从而可以基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数。
[0063]
其中，若电池温度已在温度及修正系数的预设对应表中，则可将预设对应表中与电池温度相对应的修正系数作为电池温度对应的修正系数。
[0064]
若电池温度未在预设对应表中，可以进行线性插值计算，以得到电池温度对应的修正系数。具体地，可以基于预设对应表中与电池温度相邻的至少两个温度对应的修正系数，进行线性插值计算，得到电池温度对应的修正系数。例如，假设电池温度为10
°
，则可以利用5
°
和15
°
对应的修正系数进行插值计算，得到10
°
对应的修正系数。
[0065]
可选地，修正系数可以表征电池额定电量的可用系数，即其可表征电池可用能量在电池额定电量中的占比。由于电池充放电过程存在理论上的最大总能，电池实际放出的总能量(即电池可用能量)均小于最大总能，从而电池的修正系数小于或等于100％。在此情况下，本实施例中温度及修正系数的预设对应表具体可如表1所示。
[0066]
表1温度及修正系数的预设对应表
[0067]
[0068]
在其他实施例中，修正系数也可以表征电池额定电量的不可用系数，即其可表征电池不可用能量在电池额定电量中的占比。
[0069]
在步骤s103之前，可以测试电池在不同电池温度和预设soc值下的可用能量，并基于预设soc值下的额定电量计算出不同电池温度下的修正系数，以得到电池温度和修正系数的对应表，然后将该对应表写入到存储器(例如本技术方法应用的设备的存储器)进行存储，以便在执行本技术soe值估算方法能够快速地从存储器的对应表中确定出电池的修正系数。
[0070]
s104：利用修正系数对电池的额定电量进行修正，得到修正电量。
[0071]
基于上述步骤确定电池温度对应的修正系数后，可以利用修正系数对电池的额定电量进行修正，以得到修正电量。
[0072]
可选地，在修正系数表征电池额定电量的可用系数的情况下，可以将修正系数和电池的额定电量相乘，得到电池的修正电量。
[0073]
在修正系数表征电池额定电量的不可用系数的情况下，可以将1减去修正系数之后，乘以电池的额定电量，得到电池的修正电量。
[0074]
此外，环境温度、充放电倍率等导致电池温升的主要参数，均对可用能量有影响。从长时间使用的角度考虑，电池会存在老化问题，随着循环次数的增加，老化程度呈指数增长趋势，存储与释放能量的能力随着循环次数的增加而下降，可用能量也会相应降低。如此，考虑到环境温度、充放电倍率和老化程度也会影响电池内部实际可释放能量，可以基于环境温度、充放电倍率和/或老化程度确定电池的第二修正系数。在步骤s104中，可以基于电池的修正系数和电池的第二修正系数，对电池的额定电量进行修正，得到修正电量。具体地，可以将电池的修正系数、第二修正系数和额定电量相乘，得到电池的修正电量。
[0075]
s105：根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。
[0076]
在获得电池的修正电量、消耗电量和消耗热量后，可以根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。
[0077]
可选地，在步骤s105中，可以将电池在充放电开始前的初始soe值，减去消耗电量和消耗热量与修正电量的商，得到电池在充放电结束后的估算soe值。
[0078]
即估算soe值soe(t)的计算公式可如下所示：
[0079]
soe(t)＝soe0+[(
△ee
+
△eh
)/e
t
]
×
100％；
[0080]
其中，soe0为电池运行初始时刻的soe值；
△ee
、
△eh
分别为充放电过程所产生的消耗电量和消耗热量；e
t
为电池的修正电量。
[0081]
在其他实施例中，可以将前次soe值，减去当前估算时间段内电池的消耗电量和消耗热量与修正电量的商，得到电池在充放电结束后的估算soe值。
[0082]
本实施例soe值估算方法包括：获取电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量，电池充电过程中的消耗电量为负值，电池放电过程中消耗电量为正值；测量电池充放电过程的电池温度；基于温度及修正系数的预设对应表，确定电池温度对应的修正系数；利用修正系数对电池的额定电量进行修正，得到修正电量；根据消耗电量、消耗热量和修正电量，确定电池在充放电结束后的估算soe值。本实施例从电池内部热能消耗及电池温度等各种因素对可用电能的影响等方面着手，对soe估算方法进行修正，以提高估算精度，继而能够实
现对电池更高效的管理。
[0083]
可选地，可以响应于外部的估算指令，执行上述实施例的电池的soe值估算方法。在其他可实现的方式中，也可以每隔估算时间段，执行一次本实施例的电池的soe值估算方法。其中，估算时间段不受限制，例如可为10ms或100ms。
[0084]
此外，为保证电池安全，可以在电池温度超过安全工作温度的情况下，自动停止放电，以防止电池温度继续上升而引起热失效。
[0085]
请参阅图2，图2是本技术电池管理系统一实施例的虚拟模块结构示意图，本技术电池管理系统200包括soe值估算装置。soe值估算装置包括：
[0086]
消耗获取单元21，用于获取所述电池充放电所产生的消耗电量和消耗热量，所述电池充电过程中的所述消耗电量为负值，所述电池放电过程中所述消耗电量为正值。具体实现以上实施例中步骤s101的功能，具体不再赘述。
[0087]
温度测量单元22，用于测量所述电池充放电过程的电池温度。具体实现以上实施例中步骤s102的功能，具体不再赘述。
[0088]
电量修正单元23，用于基于温度及修正系数的预设对应表，确定所述电池温度对应的修正系数；利用所述修正系数对所述电池的额定电量进行修正，得到修正电量。具体实现以上实施例中步骤s103-s104的功能，具体不再赘述。
[0089]
soe值估算单元24，用于根据所述消耗电量、消耗热量和修正电量，确定所述电池在充放电结束后的估算soe值。具体实现以上实施例中步骤s105的功能，具体不再赘述。
[0090]
本实施例电池管理系统用于对电池进行管理，实现soe值的估算和显示。
[0091]
请参阅图3，图3是本技术电池管理系统一实施例的结构示意图，本技术电池管理系统30包括存储器31和处理器32，存储器31中存放至少一可执行指令，处理器32用于执行可执行指令以实现上述本技术方法任一实施例及任意不冲突的组合所提供的方法。
[0092]
电池管理系统30(battery management system,bms)为对电池进行监控和管理的系统。电池管理系统30可应用于电动汽车，水下机器人等。
[0093]
存储器31，用于存储处理器32运行所需的可执行指令和数据。
[0094]
处理器32可称为cpu(central processing unit，中央处理单元)。处理器22可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器22还可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器，或者该处理器22也可以是任何常规的处理器等。
[0095]
请参阅图4，图4为本技术实施方式中计算机存储介质的结构示意图。本技术实施例的计算机存储介质40中存储有可执行指令41，该可执行指令41被执行时实现本技术上述方法任一实施例以及任意不冲突的组合所提供的方法。其中，该可执行指令41可以形成程序文件以软件产品的形式存储在上述存储介质40中，以使得一台计算设备或处理器(processor)执行本技术各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质50包括：只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、云端服务器、汽车等设备。
[0096]
以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术
领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。