本发明涉及一种电池管理领域，尤其涉及一种基于水池算法的电池sop在线估算方法。
背景技术：
新能源汽车拥有噪声小、城市尾气排放少、操作简单、加速感强烈的优点，逐渐被人们接受。sop估算是电池管理关键技术之一，用于确定电池上限输出功率和上限输入功率，其值估算不合理直接影响整车加速性、舒适性，容易造成电池过充、过放、降低电池使用寿命。
现企业中估算sop方法主要有：通过读取soc和温度值进行查询soc-temp-sopmap图，获得峰值功率和持续功率，再根据功率使用时间进行峰值功率和持续功率切换。该方法未考虑电池动态特征且受soc精度影响较大，峰值功率和持续功率切换若不平滑，对驾乘人员产生顿挫感；通过建立电池等效电路模型，根据当前电池开路电压、电流在线辨识电池参数进行sop计算，该方法受电池模型精度影响且计算量较大
例如，一种在中国专利文献上公开的“动力电池sop的估算方法、装置及具有其的车辆”，其公告号“cn108226797a”，包括以下步骤：根据sop数据表得到初始sop值；根据动力电池的工作电流与对应的电池电压得到当前矫正值；根据当前矫正值对初始sop值进行矫正，以获取动力电池当前sop值。该方法未考虑电池动态特征且受soc精度影响较大；根据当前电池开路电压、电流在线辨识电池参数进行sop计算，该方法受电池模型精度影响且计算量较大。
技术实现要素：
本发明主要解决现有技术电池功率状态估算不可靠、峰值功率和持续功率切换不平滑的问题；提供一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，功率估算快速准确、峰值功率和持续功率切换变化平滑。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明包括以下步骤：
s1：通过电池管理系统读取电池当前的soc值、最高电芯温度tmax和最低电芯温度tmin；
s2：查询soc-temp-sopmap图，确定峰值功率pp和持续功率pc；
s3：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t计算得到额定水池大小s和实时功率p与持续功率pc的差值df；
s4：根据差值df运算得出可用水池大小su；
s5：根据持续功率pc与可用水池大小su计算得到输出功率po，达到输出功率po后返回步骤s1。
根据实时功率计算出当前的输出功率，得到了当前状态的功率状态，响应速度快。额定水池大小表示允许最大功率值在时间t内的积分值；可用水池大小为剩余水池大小，允许最大功率在剩余时间，即时间t减去水池放水所用时间，内的积分值，通常理解为额定水池值与水池放水量的差值。采用水池计算，以时间t为横向长度，能够得到未来一段时间内的功率状态。水池模型的建立考虑了电池动态的特性，功率估算可靠，能够平滑切换峰值功率和持续功率。该方法的适用范围广，可应用于各类动力电池。
作为优选，所述的步骤s2包括以下步骤：
s21：查询关于峰值功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温峰值功率pp1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温峰值功率pp2；
s22：查询关于持续功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温持续功率pc1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温持续功率pc2；
s23：取最高温峰值功率pp1和最低温峰值功率pp2之间的较小值为峰值功率pp；取最高温持续功率pc1和最低温持续功率pc2之间的较小值为持续功率pc。
根据当前的soc值、最高电芯温度tmax和最低电芯温度tmin通过查询map表得到最高电芯温度对应的峰值电压和持续电压；再取小得到最终用于估算的峰值电压和持续电压。值的选取有利于峰值电压和持续电压的平滑切换，能够避免峰值功率和持续功率切换带来功率估算不准确、功率变化大、驾乘顿挫感，有利于提高sop估算的准确性。
作为优选，所述的步骤s3包括以下步骤：
s31：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t构建额定水池模型，计算额定水池的大小s；
s32：通过电池管理系统获得实时功率p；计算实时功率p和持续功率pc的差值df；
s33：判断差值df是否处于额定阈值范围内，若是，则进入步骤s34；若否，则进入步骤s4；
s34：判断差值df处于额定阈值范围内的持续时间tt是否超过额定时间t，若是，可用水池大小按照额定速率x增加至额定水池大小s；若否，则进入步骤s4。
根据实时功率计算差值，再计算sop值，能够快速响应当前状态，提高响应速度。
作为优选，所述的额定水池模型取峰值功率pp为水池的上限值，取持续功率pc为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度；额定水池大小s通过以下公式得到：s＝(pp-pc)*t。
构建水池模型，考虑了电池的动态特征，能够得到未来一段时间内电池功率状态，功率估算准确。
作为优选，所述的步骤s4包括以下步骤：
s41：根据差值df积分得到放电用水量a；根据差值df的负数积分得到充电注水量b；
s42：根据额定水池大小s、放电用水量a和充电注水量b得到水池放水大小ds；
ds＝s-a b；
s43：根据水池放水大小ds和额定水池大小s的比值得到系数a；
s44：根据系数a查询成系数-比例因子关系图，得到比例因子c；
s45：可用水池大小su为系数a、比例因子c和额定水池大小s的乘积。
系数-比例因子关系图是通过有限次实验得到的。水池放水大小是实际功率与持续功率差值在时间t内积分值。
作为优选，所述的放电用水量
在计算水池放水大小时，当实时功率大于持续功率时，使用差值在该时间段的积分，作为放电用水量；当实时功率小于持续功率时，使用差值的负数在该时间段的积分，作为充电注水量。同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响。
作为优选，所述的步骤s5中输出功率po由以下公式得到：
其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。
计算得到的输出功率即为估算的sop，能根据实时功率快速响应估算出当前状态的实时功率。
作为优选，计算得到输出功率po之后，对输出功率po进行最高值限制，最高值为峰值功率pp的大小。对输出功率进行最大值的限制，保证估算的数值在可行的安全范围内，能长时间正常稳定地到达，保证了估算结果的科学性和安全性。
作为优选，当输出功率po变化时，输出功率po按照额定的变化速率b进行变化，并进入s1进行下一周期功率计算。按照额定的变化速率变化，使得功率变化平滑，避免驾驶人员的顿挫感。
本发明的有益效果是：
1.水池模型的建立考虑到了电池的动态特性，能够根据实时功率快速响应，准确地估算当前状态和未来一段时间内电池功率状态。
2.使用水池算法，适用范围广，可应用于各类动力电池。
3.功率变化时按照额定的速度进行变化，功率切换稳定，避免驾驶人员的顿挫感。
4.同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响，提高准确性。
附图说明
图1是本发明的一种sop估算流程图。
图2是本发明的一种关于峰值功率的soc-temp-sopmap图。
图3是本发明的一种关于持续功率的soc-temp-sopmap图。
图4是本发明的一种系数-比例因子关系图。
图5是本发明的一种水池大小示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，如图1所示，包括以下步骤：
s1：通过电池管理系统读取电池当前的soc值、最高电芯温度tmax和最低电芯温度tmin。
s2：查询soc-temp-sopmap图，确定峰值功率pp和持续功率pc。
s21：查询关于峰值功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温峰值功率pp1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温峰值功率pp2。
如图2所示，关于峰值功率的soc-temp-sopmap图，从图中能分别从温度temp和soc能够找到对应的峰值功率pack-power。所以能够分别得到最高电芯温度tmax对应的最高温峰值功率pp1和最低电芯温度tmin对应的最低温峰值功率pp2。
s22：查询关于持续功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温持续功率pc1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温持续功率pc2。
如图3所示，关于持续功率的soc-temp-sopmap图，从图中能分别从温度temp和soc能够找到对应的持续功率contine-power。所以能够分别得到最高电芯温度tmax对应的最高温持续功率pc1和最低电芯温度tmin对应的最低温持续功率pc2。
s23：取最高温峰值功率pp1和最低温峰值功率pp2之间的较小值为峰值功率pp；取最高温持续功率pc1和最低温持续功率pc2之间的较小值为持续功率pc。
对最高温峰值功率pp1和最低温峰值功率pp2取小，min{pp|pp1，pp2}，得到用于计算的当前状态的峰值功率pp。
对最高温持续功率pc1和最低温持续功率pc2取小，min{pc|pc1，pc2}，得到用于计算的当前状态的持续电压功率pc。
s3：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t计算得到额定水池大小s和实时功率p与持续功率pc的差值df。
s31：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t构建额定水池模型，计算额定水池的大小s。
如图5所示，额定水池模型取峰值功率pp为水池的上限值，取持续功率pc为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度。
额定水池大小s通过以下公式得到：
s＝(pp-pc)*t；
额定水池大小s为峰值功率pp与持续功率pc的差值和时间t的乘积，表示允许最大功率值在时间t内的积分值。
水池模型考虑到了电池的动态特性，估算得到的sop结果准确。不仅能够计算当前的sop还能估算未来一段时间t内的sop。
s32：通过电池管理系统获得实时功率p；计算实时功率p和持续功率pc的差值df。
df＝p-pc；
s33：判断差值df是否处于额定阈值范围内，若是，则进入步骤s34；若否，则进入步骤s4。
n1≤df≤n2；
在本实施例中n1＝-1；n2＝1，单位为千瓦(kw)判断差值df是否处于额定阈值范围-1kw～1kw之内。若是，则进行下一步判断；若否，则进入步骤s4。
s34：判断差值df处于额定阈值范围内的持续时间tt是否超过额定时间t，若是，可用水池大小按照额定速率x增加至额定水池大小s；若否，则进入步骤s4。
tt＞t；
在本实施例中，t＝5，单位为秒(s)。判断差值df在额定阈值范围内的时间是否超过5s。若是，则可用水池大小按照额定速率x增至额定水池大小s；若否，则进入步骤s4。
在本实施例中，x＝10，单位为kw/s。可用水池大小按照10kw/s的速率增至额定水池大小s。
s4：根据差值df运算得出可用水池大小su。
s41：根据差值df积分得到放电用水量a；根据差值df的负数积分得到充电注水量b。
放电用水量a由以下公式得到：
其中，tf0为p＞pc的开始时间，tf1为p＞pc的结束时间。
充电注水量b由以下公式得到：
其中，tc0为p＜pc的开始时间，tc1为p＜pc的结束时间。
同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响。
在本实施中，放电用水量a包括a1和a2，充电注水量b包括b1。
s42：根据额定水池大小s、放电用水量a和充电注水量b得到水池放水大小ds。
ds＝s-a b；
水池放水大小ds为实际功率p与持续功率pc差值df在时间t内积分值。
在本实施例中，ds＝s-a1 b2-a2。
s43：根据水池放水大小ds和额定水池大小s的比值得到系数a。
s44：根据系数a查询成系数-比例因子关系图，得到比例因子c。
如图4所示，计算出系数a后，查询系数-比例因子关系图，得到比例因子c。系数和比例因子成反比关系，系数-比例因子关系图由有限次的实验得到。
s45：可用水池大小su为系数a、比例因子c和额定水池大小s的乘积。
su＝a*c*s；
可用水池大小su为剩余水池大小，允许最大功率在剩余时间，即时间t减去水池放水所用时间，内的积分值，通常理解为额定水池大小s与水池放水大小ds的差值。在本实施例中根据电池实际使用特性在差值中再乘以比例系数。
s5：根据持续功率pc与可用水池大小su计算得到输出功率po，达到输出功率po后返回步骤s1。
其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。
当输出功率po变化时，输出功率po按照额定的变化速率b进行变化，并进入s1进行下一周期功率计算。
计算得到输出功率po之后，对输出功率po进行最高值限制，最高值为峰值功率pp的大小。对输出功率进行最大值的限制，保证估算的数值在可行的安全范围内，能长时间正常稳定地到达，保证了估算结果的科学性和安全性。
在本实施中，b＝10，单位为kw/s。输出功率按照10kw/s的速率进行变化。功率的变化平稳，避免造成驾驶时的顿挫感。
本发明的方法适用范围广，可应用于各类动力电池。水池模型的建立考虑到了电池的动态特性，能够根据实时功率快速响应，准确地估算当前状态和未来一段时间内电池功率状态。功率变化时按照额定的速度进行变化，功率切换稳定，避免驾驶人员的顿挫感。同一充电或放电状态只输出一个功率，减少峰值功率和持续功率同时输出对后续使用模块计算量的影响，提高准确性。
1.一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：通过电池管理系统读取电池当前的soc值、最高电芯温度tmax和最低电芯温度tmin；
s2：查询soc-temp-sopmap图，确定峰值功率pp和持续功率pc；
s3：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t计算得到额定水池大小s和实时功率p与持续功率pc的差值df；
s4：根据差值df运算得出可用水池大小su；
s5：根据持续功率pc与可用水池大小su计算得到输出功率po，达到输出功率po后返回步骤s1。
2.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，所述的步骤s2包括以下步骤：
s21：查询关于峰值功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温峰值功率pp1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温峰值功率pp2；
s22：查询关于持续功率的soc-temp-sopmap图，根据当前soc值和最高电芯温度tmax获得最高温持续功率pc1；根据当前soc值和最低电芯温度tmin获得最低温持续功率pc2；
s23：取最高温峰值功率pp1和最低温峰值功率pp2之间的较小值为峰值功率pp；取最高温持续功率pc1和最低温持续功率pc2之间的较小值为持续功率pc。
3.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，所述的步骤s3包括以下步骤：
s31：根据峰值功率pp、持续功率pc和需求的持续时间t构建额定水池模型，计算额定水池的大小s；
s32：通过电池管理系统获得实时功率p；计算实时功率p和持续功率pc的差值df；
s33：判断差值df是否处于额定阈值范围内，若是，则进入步骤s34；若否，则进入步骤s4；
s34：判断差值df处于额定阈值范围内的持续时间tt是否超过额定时间t，若是，可用水池大小按照额定速率x增加至额定水池大小s；若否，则进入步骤s4。
4.根据权利要求3所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，所述的额定水池模型取峰值功率pp为水池的上限值，取持续功率pc为水池的下限值，取持续需求时间t为水池的横向长度；额定水池大小s通过以下公式得到：
s＝(pp-pc)*t。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，所述的步骤s4包括以下步骤：
s41：根据差值df积分得到放电用水量a；根据差值df的负数积分得到充电注水量b；
s42：根据额定水池大小s、放电用水量a和充电注水量b得到水池放水大小ds；
ds＝s-a b；
s43：根据水池放水大小ds和额定水池大小s的比值得到系数a；
s44：根据系数a查询成系数-比例因子关系图，得到比例因子c；
s45：可用水池大小su为系数a、比例因子c和额定水池大小s的乘积。
6.根据权利要求5所述的一种基于水池算法的申池sop在线估算方法，其特征在于，所述的放电用水量
7.根据权利要求5所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，所述的步骤s5中输出功率po由以下公式得到：
其中，rt为需求的持续时间t与已放水时间的差值。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，计算得到输出功率po之后，对输出功率po进行最高值限制，最高值为峰值功率pp的大小。
9.根据权利要求1所述的一种基于水池算法的电池sop在线估算方法，其特征在于，当输出功率po变化时，输出功率po按照额定的变化速率b进行变化，并进入s1进行下一周期功率计算。
技术总结