电池功率状态估算方法及系统、计算机设备与流程

1.本技术涉及电池功率技术领域，更具体而言，涉及一种电池功率状态估算方法及系统、计算机设备。


背景技术：

2.随着新能源汽车行业的高速发展，动力电池的需求量不断增加。从而，电池管理系统(bms)作为动力电池系统的关键零部件之一，其技术要求也在不断提高。电池功率状态(state of power，sop)是电池管理系统(bms)的主要估算参数之一，其估算的精度会影响动力电池系统的功率特性。
3.当sop的估算值过大时，有可能会使动力电池过充或过放，引发安全问题；当sop的估算值过小时，动力电池的功率性能可能达不到整车需求，从而影响整车动力性能。现市场主流的bms，其sop估算的精度都控制在5％以内。为了提高sop估算精度，改进sop估算方法在动力电池管理系统(bms)中的应用是至关重要的。


技术实现要素：

4.本技术实施方式提供一种电池功率状态估算方法及系统、计算机设备。
5.本技术实施方式的基于电芯的电池功率状态估算方法。所述方法包括：获取当前电池充电状态下的所述电芯功率状态；根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的所述电芯功率状态；根据当前的所述电芯功率状态及所述电芯功率的特性，估算出所述电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间；根据所述估算的下一时刻的所述电芯功率状态及所述电芯的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间估算下一时刻的所述电池功率状态和所述电池的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间。
6.本技术实施方式的基于电芯的电池功率状态估算系统。所述系统包括获取模块、第一估算模块、第二估算模块和第三估算模块。所述获取模块用于获取当前电池充电状态下的所述电芯功率状态；所述第一估算模块用于根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的所述电芯功率状态；所述第二估算模块用于根据当前的所述电芯功率状态及所述电芯功率的特性，估算出所述电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间；所述第三估算模块用于根据所述估算的下一时刻的所述电芯功率状态及所述电芯的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲的间隔时间估算下一时刻的所述电池功率状态和所述电池的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间。
7.本技术实施方式的计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行实现如下电池功率状态估算方法：获取当前电池充电状态下的所述电芯功率状态；根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的所述电芯功率状态；根据当前的所述电芯功率状态及所述电芯功率的特性，估算
出所述电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间；根据所述估算的下一时刻的所述电芯功率状态及所述电芯的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲的间隔时间估算下一时刻的所述电池功率状态和所述电池的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间。
8.本技术实施方式的非易失性计算机可读存储介质包含计算机程序，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器实现如下电池功率状态估算方法：获取当前电池充电状态下的所述电芯功率状态；根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的所述电芯功率状态；根据当前的所述电芯功率状态及所述电芯功率的特性，估算出所述电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间；根据所述估算的下一时刻的所述电芯功率状态及所述电芯的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲的间隔时间估算下一时刻的所述电池功率状态和所述电池的所述脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个所述脉冲功率的间隔时间。
9.本技术实施方式的基于电芯的电池功率状态估算方法及系统、计算机设备及可读存储介质从电芯的功率数据、内阻、老化特性、不一致性和寿命衰减特性方面对电池的功率状态(sop)进行估算，提高了sop估算精度，能够减少由sop估算误差而引起电芯过充或过放问题。
10.本技术的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施方式的实践了解到。
附图说明
11.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
12.图1是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的流程示意图；
13.图2是本技术某些实施方式的电池功率状态估算系统的结构示意图；
14.图3是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的流程示意图；
15.图4是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的结构示意图；
16.图5是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的场景示意图；
17.图6是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的流程示意图；
18.图7是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的流程示意图；
19.图8是本技术某些实施方式的电池功率状态估算方法的结构示意图；
20.图9是本技术某些实施方式的计算机设备的结构示意图；
21.图10是本技术某些实施方式的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
22.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术的实施方式，而不能理解为对本技术的实施方式的限制。
23.请参阅图1，本技术实施方式提供一种基于电芯的电池功率状态估算方法。该电池
功率状态估算方法包括：
24.s12：获取当前电池充电状态下的电芯功率状态；
25.s14：根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的电芯功率状态；
26.s16：根据当前的电芯功率状态及电芯功率的特性，估算出电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间；
27.s18：根据估算的下一时刻的电芯功率状态及电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间估算下一时刻的电池功率状态和电池的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。
28.请参阅图2，本技术实施方式还提供一种基于电芯的电池功率状态估算系统10。电池功率状态估算系统10包括获取模块12、第一估算模块14、第二估算模块16和第三估算模块18。
29.步骤s12可以由获取模块12实现，步骤s14可以由第一估算模块14实现，步骤s16可以由第二估算模块16实现，步骤s8可以由第三估算模块18实现。也即是，获取模块12用于获取当前电池充电状态下的电芯功率状态。第一估算模块14用于根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的电芯功率状态。第二估算模块16用于根据当前的电芯功率状态及电芯功率的特性，估算出电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。第三估算模块18用于根据估算的下一时刻的电芯功率状态及电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲的间隔时间估算下一时刻的电池功率状态和电池的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。
30.具体地，当前电池充电状态包括：电池处于充电情况时的电池系统温度状态及电池充电电量状态。电芯功率状态包括持续功率状态和脉冲功率状态。持续功率状态包括持续充、放电功率，脉冲功率状态包括脉冲充、放电功率。获取当前电池充电状态下的电芯功率状态，也即是，获取当前充电电量及当前电池系统温度时的电芯持续充、放电功率和脉冲充、放电功率。
31.然后，根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的电芯功率状态。可以理解地，由于电芯是电池的核心组成部分，电芯的质量直接决定了充电电池的质量，电芯的功率状态与电池的功率状态存在预设对应关系，预设对应关系可以以表格的形式呈现，也可以转换为曲线的形式呈现，因此，可以通过电池功率状态与电芯功率状态之间的预设对应关系以估算下一时刻的电池系统温度及不同充电量状态的电芯功率状态。
32.在获取到当前的电芯功率状态后，估算系统10还可以根据当前的电芯功率状态及电芯功率的特性，估算出电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。可以理解地，电芯功率的特性可以由电芯内阻、电芯容量和电芯温升等参数进行表征。其中，电芯内阻是电芯功率特性的重要表征，也是电芯成组后，电芯性能参数进一步离散化的原因之一。电芯内阻不同可以构成电芯温升不同，是引发其他参数进一步离散化的一类原因。电池内阻与电池的使用时间(或充放电次数)有关，使用时间越长，内阻越大。其中，电芯的脉冲功率的脉冲持续时间指的是电芯的充、放电持续时间，相邻两个脉冲功率的间隔时间包括当前充电过程与下一次充电过程之间的间隔时间及当前放电过程与下一次放电过程之间的间隔时间。最后，根据估算的下一时刻的电芯功率状态及电芯的脉冲功率的脉
冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间估算下一时刻的电池功率状态和电池的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。
33.本技术的基于电芯的电池功率状态估算方法及系统从电芯的功率数据、内阻、老化特性、不一致性和寿命衰减特性方面对电池的功率曲线进行修正和寿命衰减特性方面对电池的功率状态(sop)进行估算，提高了sop估算精度，能够减少由sop估算误差而引起电芯过充或过放问题。
34.请参阅图3，在某些实施方式中，步骤s14包括：
35.s141：获取不同温度及不同电池充电状态下的电芯的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率；
36.s142：根据电芯的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率生成电池功率与温度、电池充电状态的功率曲线；
37.s143：根据电芯内阻特性及电池系统热管理性能参数对功率曲线进行修正以得到修正后的预设曲线，预设对应关系从预设曲线中获得。
38.请参阅图4，第一估算模块14还包括获取单元141、曲线生成单元142和修正单元143。
39.步骤s141可以由获取单元141实现，步骤s142可以由曲线生成单元142生成，步骤s143可以由修正单元143生成。也即是，获取单元141用于获取不同温度及不同电池充电状态下的电芯的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率。曲线生成单元142根据电芯的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率生成电池功率与温度、电池充电状态的功率曲线。修正单元143根据电芯内阻特性及电池系统热管理性能参数对功率曲线进行修正以得到修正后的预设曲线，预设对应关系从预设曲线中获得。
40.具体地，预设对应关系也可以以表格的形式记录，也可以以曲线关系直观地表现出来，本技术实施例中将预设对应关系以曲线关系进行表示，预设曲线如图5所示。
41.为了获取电池充电时的电芯功率与电池功率的预设对应关系，可以通过电芯测试、热管理仿真分析等方法获取不同温度和不同电池充电状态下的电芯持续充、放电功率和脉冲充、放电功率。
42.然后，由于电芯构成电池的重要组成部分，可以将电芯的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率转换为电池的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率，最后得到电池的功率与温度、电池充电状态的对应关系，并根据该对应关系可以得到相应的电池的功率曲线(如图5所示)。
43.其中，根据电芯内阻特性及电池系统热管理性能参数对功率曲线进行修正。电芯内阻特性为：内阻大的电芯发热量相对比较多。电芯内阻和电芯温升形成一对负反馈，使得高内阻电芯劣化加速。电池系统中的热管理系统为针对内阻不一致的电芯，产生热量的不相同问题设置的，可以通过热管理系统调节整个电池组的温差，使整个电池组的温差保持在一个较小的范围里，这样发热量较多的电芯，依然温升偏高，但不会与其他电芯拉开差距，劣化水平就不会出现明显的差距。也即是，电池系统热管理性能参数包括整个电池系统的温度参数。本技术的电池功率状态估算方法结合电芯内阻特性和电池系统热管理性能参数对电池的功率曲线进行修正，能够进一步提升电池功率状态的估算精度。
44.请参阅图6，在某些实施方式中，步骤s141包括：
45.s1411：获取同一类型电芯在不同温度状态或不同电池充电状态时的电芯的持续放电功率、脉冲放电功率、持续充电功率和脉冲充电功率；
46.s1412：获取不同类型电芯在不同温度状态或不同电池充电状态时的电芯的持续放电功率、脉冲放电功率、持续充电功率和脉冲充电功率。
47.请结合图4，第一获取单元141还用于：获取同一类型电芯在不同温度状态或不同电池充电状态时的电芯的持续放电功率、脉冲放电功率、持续充电功率和脉冲充电功率；获取不同类型电芯在不同温度状态或不同电池充电状态时的电芯的持续放电功率、脉冲放电功率、持续充电功率和脉冲充电功率。
48.可以理解地，电芯可以分为不同类型的电芯，不同类型包括不同粗细尺寸、不同内阻、不同容量的电芯，也即是，不同类型的电芯的参数不同。
49.具体地，不同温度状态或不同电池充电状态指的是：由于电池充电越久，电芯温度会越高，即不同电池充电状态下的温度不同，例如，电池开始充电时，电芯温度为常温，例如为25
°
，电池充电一段时间后，电芯温度升高，例如从25
°
升高至35
°
，电池快充满时，电芯温度升高至限定值，例如，电芯温度达到50
°
。本技术的电池功率状态估算方法通过研究同一类型的电芯在不同温度状态下的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率，可以用于估算电池系统为多个同一类型的电芯构成的电池系统的电池功率状态，提高多个同一类型的电芯组成的电池系统的电池功率状态的估算精度，减少因sop估算误差而引起电芯过充或过放的问题。
50.同理，本技术的电池功率状态估算方法通过研究不同类型的电芯在不同温度状态下的持续充、放电功率和脉冲充、放电功率，可以用于估算电池系统为多个不同类型的电芯构成的电池系统的电池功率状态。按照电池系统中电芯的组成对电池系统的电池功率状态进行估算，提高不同类型的电芯的电池系统的电池功率状态的估算精度，减少因sop估算误差而引起电芯过充或过放的问题。
51.在某些实施例中，电池功率状态估算方法包括：根据云端平台大数据库对功率曲线进行修正以得到预设曲线。估算系统10在运行过程中，车载电池管理系统负责监测、管理动力电池运行状态，电池数据采集模块采集动力电池的电压、电流、温度数据并汇总至电池数据传输模块，通过电池数据传输模块将采集到的电池数据发送至电池数据云端平台(即车载tbox智能终端远程发送至云端平台)，在云端平台大数据库中可以进行分析并提取电池的固有特征参数(电阻、额定电压)以及老化状态特征信息。通过提取的分析电池的固有特征参数(电阻、额定电压)以及老化状态特征信息对电池的功率曲线进行修正得到预设曲线，增加了电池的固有特征参数及电池的老化信息对功率曲线进行修正，进一步提升电池功率状态的估算精度。
52.本技术的电池功率状态估算方法根据云端平台的大数据库对电池系统的电池功率状态的功率曲线进行修正，采用云端大数据库的自学习能力，修正sop，提高sop的估算精度。
53.在某些实施方式中，电池功率状态估算方法包括：根据电池系统的实时故障等级对功率曲线进行修正以得到预设曲线。具体地，电池系统的实时故障等级是根据电池的不同表现情况区分得到的，例如在电池充电(或放电)过程中，由于电池的温度过高导致电池发生轻度故障，则电池管理系统可以通过功率曲线调节电池的持续充电(或放电)功率对应
低于该温度的功率值，从而避免由于电池的温度过高引起的故障。即，本技术的电池功率状态估算方法根据电池实际的该温度值与电池调节后的持续充电(或放电)功率可以对功率曲线进行修正得到修正后的预设曲线，能够提高sop的估算精度。
54.请参阅图7，在某些实施例中，步骤s18包括：
55.s181：根据整车的电池功率需求和系统相关数据对估算的电芯功率状态值进行换算，转换成电池功率状态；
56.s182：根据电芯的脉冲功率的持续运行时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间估算电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间；
57.s183：根据电池功率状态和电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间估算下一时刻电池系统的电池功率状态。
58.请结合图8，第三估算模块18还包括：换算单元181、第一估算单元182、第二估算单元183。
59.步骤s181可以由换算单元181实现，步骤s182可以由第一估算单元182实现，步骤s183可以由第二估算单元183实现。也即是，换算单元181用于根据整车的电池功率需求和系统相关数据对估算的电芯功率状态值进行换算，转换成电池功率状态。第一估算单元182用于根据电芯的脉冲功率的持续运行时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间估算电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间。第二估算单元183根据电池功率状态和电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间估算下一时刻电池系统的电池功率状态。
60.具体地，整车的电池功率需求为一个电池的额定功率数值(即为电池功率估算最大值)，系统相关数据包括电池系统的电池个数和电池系统的温度值，其中每个电池包含一个电芯。根据整车的电池功率需求和系统相关数据对估算的电芯功率状态值进行换算，转换成电池功率状态，例如可以将电池功率的估算最大值与估算的电芯功率最大值相比，并结合电池系统的最大温度值与估算的电芯最大温度值的比值，确定电池功率与电芯功率的对应关系及确定电池系统温度值与电芯温度值的对应关系，从而将电芯功率状态值转换为电池功率状态。例如，电池充电(或放电)功率的估算最大值为1000mah(对应电池系统的最大温度值50
°
)，估算的电芯充电(或放电)功率状态值为700mah(对应电芯最大温度值40
°
)，若电芯充电(或放电)功率状态值分别为300mah(对应电芯温度值20
°
)、400mah(对应电芯温度值25
°
)、500mah(对应电芯温度值30
°
)、600mah(对应电芯温度值35
°
)，则转换为电池充电(或放电)功率分别为(300/700)*1000mah约为428mah(对应电池温度值30
°
)、(400/700)*1000mah约为571mah(对应电池温度值35
°
)、(500/700)*1000mah约为714mah(对应电池温度值40
°
)、(600/700)*1000mah约为857mah(对应电池温度值50
°
)。
61.然后，根据电芯的脉冲功率的持续运行时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间估算电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间。就可以根据转换后得到的电池功率状态和电池的脉冲充放电功率的持续时间和相邻脉冲充放电功率的间隔时间估算下一时刻电池系统的电池功率状态。
62.本技术的电池功率状态估算方法通过将电芯的功率状态转换为电池的功率状态，可以提升电池系统的电池功率状态的估算精度，避免电芯发生过充或过放的问题。
63.在某些实施例中，电池功率状态估算方法还包括：通过车辆控制系统的控制器局
部网络把估算的电池系统的下一时刻的电池功率状态，以及电池的脉冲功率的持续运行时间和相邻两个脉冲的间隔时间的估算数据上报给车辆控制系统；车辆控制系统的电子控制单元接收到估算数据，在保证电池系统安全使用的情况下，给整车输出充足的功率需求。
64.请结合图2，估算系统10还用于：通过车辆控制系统的控制器局部网络把估算的电池系统的下一时刻的电池功率状态，以及电池的脉冲功率的持续运行时间和相邻两个脉冲的间隔时间的估算数据上报给车辆控制系统；车辆控制系统的电子控制单元接收到估算数据，在保证电池系统安全使用的情况下，给整车输出充足的功率需求。其中，控制器局部网络即为can网络。控制器局域网(can)为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。
65.请参阅图9，本技术还提供一种计算机设备20，包括存储器21及处理器22。存储器21中存储有计算机程序23。
66.计算机程序23被处理器22执行的情况下，实现上述任意一种实施方式的电池功率状态估算方法的步骤。
67.例如，计算机程序23被处理器22执行的情况下，实现以下电池功率状态估算方法的步骤：
68.s12：获取当前电池充电状态下的电芯功率状态；
69.s14：根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的电芯功率状态；
70.s16：根据当前的电芯功率状态及电芯功率的特性，估算出电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间；
71.s18：根据估算的下一时刻的电芯功率状态及电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲的间隔时间估算下一时刻的电池功率状态和电池的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。
72.可以理解，计算机程序23包括计算机程序代码。计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、以及软件分发介质等。
73.请参阅图10，本技术实施方式还提供一种包含计算机程序31的非易失性计算机可读存储介质30。当计算机程序31被一个或多个处理器40执行时，使得处理器40执行上述任一实施方式的方法。
74.请结合图1，例如，当计算机程序31被一个或多个处理器40执行时，使得处理器40执行以下方法：
75.s12：获取当前电池充电状态下的电芯功率状态；
76.s14：根据电池功率状态和电芯功率状态的预设对应关系估算下一时刻的电芯功率状态；
77.s16：根据当前的电芯功率状态及电芯功率的特性，估算出电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间；
78.s18：根据估算的下一时刻的电芯功率状态及电芯的脉冲功率的脉冲持续时间和
相邻两个脉冲的间隔时间估算下一时刻的电池功率状态和电池的脉冲功率的脉冲持续时间和相邻两个脉冲功率的间隔时间。
79.综上，本技术实施方式的基于电芯的电池功率状态估算方法及系统、计算机设备及可读存储介质从电芯的不一致性和寿命衰减特性方面对电池的功率状态(sop)进行估算，提高了sop估算精度，能够减少由sop估算误差而引起电芯过充或过放问题。
80.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
81.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。