电池充电时间估计方法、设备、系统和计算机存储介质

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种电池充电时间估计方法、设备、系统和计算机存储介质。

背景技术

随着纯电动汽车越来越普及，充电问题越来越被重视，与燃油车的加油相时间相比，电动汽车的充电时间较长。用户充电时往往希望得到准确的当前充电时间，充电时间因其可直观显示用户需要等待的时间，是充电管理技术中的重要指标。充电时间的准确估计同时也可为充电预约、远程提醒等功能提供时间依据。充电时间是指在电池处于充电状态时，通过算法计算出的电池从当前的电量充电至满电时所需的时间。现有的计算充电剩余时间的方法主要通过SOC(State of Charge,电池荷电状态)与电池包容量，计算出剩余充电电量，然后根据实时充电电流与充电时间进行积分，得到实时充电电量，最后依据实时充电电量与剩余充电容量的比例关系得到充电剩余时间。但是，在实际场景中，电池温度受环境温度、电池热管理等因素影响，温度太高或者太低会直接影响到充电剩余时间的计算，由于现有充电时间计算方式未考虑电池充电时的温度变化，估算出来的充电时间波动较大且不准确。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电池充电时间估计方法、设备、系统和计算机存储介质，通过建立电池充电模型，仿真电池在不同温度和剩余电量下的充电时间，在后续电池实际充电过程中可根据电池温度和剩余电量准确查询得到对应的充电时间，能够改善电池充电时间估计不准确的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种电池充电时间估计方法，包括：

设置电池充电模型中电池的初始电池温度和初始剩余电量，以及设置电池充电模型中热管理模块的目标温度；其中，所述电池充电模型用于仿真所述电池在不同温度充电时的自放热特性，所述热管理模块用于模拟所述电池充电时的温控策略影响；

根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量计算初始充电电流，并按照所述初始充电电流对所述电池进行充电；

在所述电池充电过程中，计算当前阶段的所述电池的实时充电温度和实时剩余电量，并根据所述实时充电温度和所述实时剩余电量计算新的充电电流，以按照所述新的充电电流对所述电池进行充电；

在所述实时剩余电量达到预设的截止剩余电量时，输出所述电池充电模型的仿真时间为所述电池在目标温度和初始剩余电量下的充电时间。

作为上述方案的改进，根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量计算初始充电电流，包括：

根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量在预设的充电倍率映射表中查询对应的充电倍率；

计算所述充电倍率和所述电池的容量乘积作为所述初始充电电流。

作为上述方案的改进，所述计算当前阶段的所述电池的实时充电温度，包括：

根据当前充电电流、端电压和电池参数计算当前阶段的所述电池的实时充电温度；其中，所述当前充电电流通过根据上一阶段的实时充电温度和实时剩余电量计算得到，所述端电压和所述电池参数基于查表法得到。

作为上述方案的改进，所述计算当前阶段的所述电池的实时剩余电量，包括：

根据当前充电电流和所述电池的容量利用安时积分法计算当前阶段的所述电池的实时剩余电量。

作为上述方案的改进，所述热管理模块中设有压缩机和加热器；其中，所述压缩机用于根据所述目标温度对所述电池进行冷却控制，所述加热器用于根据所述目标温度对所述电池进行加热控制。

作为上述方案的改进，在设置电池充电模型中热管理模块的目标温度后，所述方法还包括：

在接收到预控温启动指令时，利用所述热管理模块将所述电池模块加热或冷却至与预设的最低可充电倍率对应的温度；

在接收到预控温停止指令时，按照所述初始充电电流对所述电池进行充电；

在充电开始后，启动所述压缩机或所述加热器以使所述电池的温度达到所述目标温度。

作为上述方案的改进，在输出所述电池充电模型的仿真时间为所述电池在目标温度和初始剩余电量下的充电时间后，所述方法还包括：

调整所述初始剩余电量，输出所述电池在相同目标温度下对应的不同初始剩余电量的第一充电时间；

调整所述目标温度，输出所述电池在相同初始剩余电量下对应的不同的目标温度的第二充电时间；

整合所述第一充电时间和所述第二充电时间，构建电池温度、剩余电量和充电时间的映射表。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电池充电时间估计设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述的电池充电时间估计方法。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任一实施例所述的电池充电时间估计方法。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种电池充电时间估计系统，包括电池充电模型和上述实施例所述的电池充电时间估计设备；其中，所述电池充电模型包括电池和热管理模块，所述电池充电时间估计设备分别连接所述电池和所述热管理模块。

相比于现有技术，本发明公开的电池充电时间估计方法、设备、系统和计算机存储介质，搭建了包括热管理模块和电池的电池充电模型，所述电池充电模型用于仿真所述电池在不同温度充电时的自放热特性，所述热管理模块用于模拟所述电池充电时的温控策略影响。通过利用所述电池充电模型仿真电池在不同温度和剩余电量下的充电时间，由于在仿真过程中通过实时充电温度和实时剩余电量计算新的充电电流，并按照新的充电电流对所述电池进行充电，充分考虑了电池充电过程中温度变化对充电电流造成的影响，在后续电池实际充电过程中可根据电池温度和剩余电量准确查询得到对应的充电时间，能够改善电池充电时间估计不准确的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电池充电时间估计方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种电池充电时间估计设备的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电池充电时间估计方法的流程图，所述电池充电时间估计方法包括：

S1、设置电池充电模型中电池的初始电池温度和初始剩余电量，以及设置电池充电模型中热管理模块的目标温度；

S2、根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量计算初始充电电流，并按照所述初始充电电流对所述电池进行充电；

S3、在所述电池充电过程中，计算当前阶段的所述电池的实时充电温度和实时剩余电量，并根据所述实时充电温度和所述实时剩余电量计算新的充电电流，以按照所述新的充电电流对所述电池进行充电；

S4、在所述实时剩余电量达到预设的截止剩余电量时，输出所述电池充电模型的仿真时间为所述电池在目标温度和初始剩余电量下的充电时间。

值得说明说的是，车辆电池在充电过程中，电池的温升主要来源于自放热和热管理，自放热数值由电热耦合特性决定，热管理影响由电池充电控制策略决定。本发明实施例中构建有用于仿真所述电池在不同环境温度时的充电过程的电池充电模型，所述电池充电模型包括充电桩、电池和热管理模块，所述热管理模块用于模拟所述电池的环境温度变化，所述热管理模块中设有压缩机和加热器；其中，所述压缩机用于根据所述目标温度对所述电池进行冷却控制，所述加热器用于根据所述目标温度对所述电池进行加热控制。

具体地，在步骤S1中，在所述电池充电模型中设定所述电池的初始电池温度和初始剩余电量(SOC)，用于模拟电池在真实使用时的状态，所述初始电池温度可以设置为当前环温，所述初始剩余电量(SOC)可以设置为2％，即表示电池此时的仅剩2％的电量。

本发明实施例中的热管理模块用于模拟电池的液体流动换热，液体流动换热是使用导热系数比较高的液体直接或间接接触电池以带走热量的热管理形式。本发明实施例中设有冷板，通过冷板与电池接触,先将热量从电池组传入冷板，再通过冷板与液体间的换热将热量带出电池包，可选用水、乙二醇、乙二醇与水的混合物等作为冷却液,流动性强,换热系数高。热管理模块中还设有水路管道和水泵，冷却液可沿着水路管道输入，水泵用于控制冷却液的流量，热管理模块通过加热/冷却所述冷却液来对冷板进行控温。不同环境温度下充电，要求所述热管理模块的入水口温度不同。设定入水口的目标温度，若当前入水口温度(默认电池温度)与目标温度的温差大于1，则电池水泵运作，启动所述电池的热管理回路，直至温差小于0.1停止。示例性的，低温下为了加热电池，让电池升温，以较大充电倍率快速充电，设置所述目标温度为45度左右；在高温下为了减少电池放电过程中的放热，降低温度，所述目标温度设置为15度左右。

示例性的，所述热管理的回路简化为压缩机和加热器两个分支，其分别由充电前的预冷及充电中的冷却命令、充电前的预热及充电中的加热命令控制，若电池温度小于所述目标温度，则控制所述加热器开启以加热冷却液，若电池温度大于所述目标温度，则控制所述压缩机开启以冷却所述冷却液。在温控过程中，回路水温与目标水温做差分段定义所述水泵的阀门开度，灵活调整水泵阀门的开度，防止回路加热/冷却后的水流过多导致回路水温过高/低。

具体地，在步骤S2中，本发明实施例中预先设有充电倍率映射表，所述充电倍率映射表为充电map表，充电map表为电池的基本属性，不同的电池型号具有不同的充电map表。充电map表中记载有当前型号电池在不同温度和不同SOC时的充电倍率，因此在不同的环境温度以及充电模式下，可以对应查询到不同的充电map表。

具体地，所述根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量计算初始充电电流，包括：根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量在预设的充电倍率映射表中查询对应的充电倍率；计算所述充电倍率和所述电池的容量乘积作为所述初始充电电流。

示例性的，在根据所述初始电池温度和所述初始剩余电量查询到对应的充电倍率后，计算所述充电倍率和所述电池的容量乘积作为所述初始充电电流，满足以下公式：

I

其中，I

进一步地，在步骤S1设置电池充电模型中热管理模块的目标温度后，所述方法还包括：在接收到预控温启动指令时，利用所述加热器将所述热管理模块加热至与预设的最低充电倍率对应的温度；在接收到预控温停止指令时，根据所述初始充电电流对所述电池进行充电；在充电开始后，启动所述压缩机或所述加热器以使所述电池的温度达到所述目标温度。

示例性的，加热和冷却分为充电开始前的预冷预热和充电开始后的向后寻优阶段。预冷/预热过程中，先通过热管理加热至最低充电倍率对应的温度(这一温度值可以预设，在此不做具体限定)，在此过程中没有充电电流输入。预冷/预热停止时，开启充电，按照所述初始充电电流对所述电池进行充电，电池温度不断接近直至达到所述目标温度。加热器的加热量由冷却剂比热容、质量流量、水侧温差相乘计算得到，压缩机工作从而让水泵带走的热量同理。通过冷媒和冷板强制对流产生的热量、冷板和电池热传导产生的热量计算热管理后更新的温度，冷板用于与电池包接触进行热传递，若热管理后更新的温度不满足所述目标温度，则控制所述压缩机/加热器启动。值得说明的是，根据上述两个热量计算热管理后更新的温度的过程可参考现有液体流动换热技术，在此不再赘述。

冷媒和冷板强制对流产生的热量(压缩机冷却或加热器加热后传递给冷板的热量)满足：

Q

其中，h为对流换热系数，A为冷板面积，ΔT为水侧温差。

冷板和电池热传导产生的热量满足：

Q

其中，λ为导热系数。

具体地，在步骤S3中，在所述电池充电过程中，由于电池充电会导致电池温度发生变化，充电电流也会随之发生变化，因此需要按照当前电池的实时充电温度更新对应的充电电流，首先计算当前阶段的所述电池的实时充电温度和实时剩余电量，然后根据所述实时充电温度和所述实时剩余电量计算新的充电电流，最后按照所述新的充电电流对所述电池进行充电。值得说明的是，由于在充电过程中所述电池温度会不断发生变化，此时需要重复执行所述步骤S3，不断更新新的充电电流，以及更新实时剩余电量。

具体地，所述计算当前阶段的所述电池的实时充电温度，包括：根据当前充电电流、端电压和电池参数计算当前阶段的所述电池的实时充电温度；其中，所述当前充电电流通过根据上一阶段的实时充电温度和实时剩余电量计算得到，即在查询所述充电map表后，按照公式(1)计算得到；所述端电压和所述电池参数基于查表法得到，所述电池参数包括电池的欧姆内阻、极化内阻和极化电容。

示例性的，电池参数中的欧姆内阻和极化内阻与所述实时充电温度呈负相关，而极化电容与所述实时充电温度呈正相关。由此构建所述实时充电温度的计算公式：

T

(4)；

其中，T

具体地，所述计算当前阶段的所述电池的实时剩余电量，包括：根据当前充电电流和所述电池的容量利用安时积分法计算当前阶段的所述电池的实时剩余电量，满足以下公式：

具体地，在步骤S4中，所述截止剩余电量(SOC)可以为80％，即当所述实时剩余电量达到80％时，输出所述电池充电模型的仿真时间为所述电池在目标温度和初始剩余电量下的充电时间。

进一步地，在输出所述电池充电模型的仿真时间为所述电池在目标温度和初始剩余电量下的充电时间后，所述方法还包括：调整所述初始剩余电量，输出所述电池在相同目标温度下对应的不同初始剩余电量的第一充电时间；调整所述目标温度，输出所述电池在相同初始剩余电量下对应的不同的目标温度的第二充电时间；整合所述第一充电时间和所述第二充电时间，构建电池温度、剩余电量和充电时间的映射表。

示例性的，对所述电池充电模型中的目标温度和初始剩余电量进行调整，可以得到不同温度、剩余电量和充电时间三者关系的映射表。

相比于现有技术，本发明公开的电池充电时间估计方法，搭建了包括热管理模块和电池的电池充电模型，所述电池充电模型用于仿真所述电池在不同温度时的充电过程，所述热管理模块用于模拟所述电池的温度变化。通过利用所述电池充电模型仿真电池在不同温度和剩余电量下的充电时间，由于在仿真过程中通过实时充电温度和实时剩余电量计算新的充电电流，并按照新的充电电流对所述电池进行充电，充分考虑了电池充电过程中温度变化对充电电流造成的影响，在后续电池实际充电过程中可根据电池温度和剩余电量准确查询得到对应的充电时间，能够改善电池充电时间估计不准确的问题。

图2是本发明实施例提供的一种电池充电时间估计设备100的结构框图，所述电池充电时间估计设备100包括处理器101、存储器102以及存储在所述存储器102中并可在所述处理器101上运行的计算机程序。所述处理器101执行所述计算机程序时实现上述各个电池充电时间估计方法实施例中的步骤，比如步骤S1～S4。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器102中，并由所述处理器101执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述电池充电时间估计设备100中的执行过程。

所述电池充电时间估计设备100可包括，但不仅限于，处理器101、存储器102。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是电池充电时间估计设备100的示例，并不构成对电池充电时间估计设备100的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电池充电时间估计设备100还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器101是所述电池充电时间估计设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电池充电时间估计设备100的各个部分。

所述存储器102可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器101通过运行或执行存储在所述存储器102内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器102内的数据，实现所述电池充电时间估计设备100的各种功能。所述存储器102可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述电池充电时间估计设备100集成的模块/单元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。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器101执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述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。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述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)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

相比于现有技术，本发明公开的电池充电时间估计设备100，搭建了包括热管理模块和电池的电池充电模型，所述电池充电模型用于仿真所述电池在不同温度时的充电过程，所述热管理模块用于模拟所述电池的温度变化。通过利用所述电池充电模型仿真电池在不同温度和剩余电量下的充电时间，由于在仿真过程中通过实时充电温度和实时剩余电量计算新的充电电流，并按照新的充电电流对所述电池进行充电，充分考虑了电池充电过程中温度变化对充电电流造成的影响，在后续电池实际充电过程中可根据电池温度和剩余电量准确查询得到对应的充电时间，能够改善电池充电时间估计不准确的问题。

进一步地，本发明实施例还提供一种电池充电时间估计系统，所述电池充电时间估计系统包括电池充电模型和上述实施例所述的电池充电时间估计设备；其中，所述电池充电模型包括电池和热管理模块，所述电池充电时间估计设备分别连接所述电池和所述热管理模块。

值得说明的是，所述电池充电时间估计设备的具体工作过程可参考上述实施例所述的电池充电时间估计方法的工作过程，在此不再赘述。

相比于现有技术，本发明公开的电池充电时间估计系统，搭建了包括热管理模块和电池的电池充电模型，所述电池充电模型用于仿真所述电池在不同温度时的充电过程，所述热管理模块用于模拟所述电池的温度变化。通过利用所述电池充电模型仿真电池在不同温度和剩余电量下的充电时间，由于在仿真过程中通过实时充电温度和实时剩余电量计算新的充电电流，并按照新的充电电流对所述电池进行充电，充分考虑了电池充电过程中温度变化对充电电流造成的影响，在后续电池实际充电过程中可根据电池温度和剩余电量准确查询得到对应的充电时间，能够改善电池充电时间估计不准确的问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。