本發(fā)明涉及一種電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，特別是涉及僅利用電池的日常應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)得到電池較精確的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

電池在數(shù)字化社會(huì)中的用途越來(lái)越廣泛。尤其在對(duì)排放、噪音水平、尺寸等要求較苛刻的領(lǐng)域，電池往往是不可替代的。

電池的電氣狀態(tài)包括內(nèi)部的電氣特性、充電狀態(tài)(soc,stateofcharge)等，其中內(nèi)部的電氣特性包括電池的內(nèi)阻、內(nèi)部電容、內(nèi)部電感等，充電狀態(tài)代表電池的剩余電能。

作為設(shè)備或系統(tǒng)的能量源，電池的供電能力直接決定了設(shè)備的功率和續(xù)航水平，為了有效的利用電能，在電池的日常使用過(guò)程中，必須對(duì)電池的soc進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到電池的剩余電量，方便對(duì)充電進(jìn)行計(jì)劃和管理。在電池的充電計(jì)劃受到較大限制的應(yīng)用場(chǎng)合，電池的剩余電量直接關(guān)系到設(shè)備的工作計(jì)劃是否能夠順利執(zhí)行，比如在大規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰或者新能源發(fā)電的并網(wǎng)接入的情況下，電池的剩余電量直接關(guān)系到其調(diào)峰能力和新能源發(fā)電的接入能力。

由于隨著電池的充放電以及時(shí)間的推移電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生劣化，電池的健康狀態(tài)(soh，stateofhealth)在電池的日常應(yīng)用中也是必須被監(jiān)測(cè)的。這一點(diǎn)隨著越來(lái)越多的電池安全事故的產(chǎn)生，已經(jīng)成為共識(shí)。而電池的電氣狀態(tài)是估計(jì)電池健康狀態(tài)的前提。電池的電氣狀態(tài)包括電池的內(nèi)部的電氣特性(即內(nèi)阻、內(nèi)部電容、內(nèi)部電感等的狀態(tài))和充電狀態(tài)soc。

而如果電池的電氣狀態(tài)未知或電氣狀態(tài)的計(jì)算誤差較大，例如soc有較大誤差，則影響電池正常的充電計(jì)劃，引起對(duì)電池的過(guò)充電或過(guò)放電，降低電池的壽命。

由于單個(gè)電池單元的容量有限，在實(shí)際應(yīng)用中，往往將多個(gè)電池單元連接在一起使用，在此情形中如果電氣狀態(tài)未知或電氣狀態(tài)的計(jì)算誤差較大，那么將影響多個(gè)電池之間的充放電均衡，使部分電池被過(guò)充電或過(guò)放電，加速劣化速度，降低電池組的整體的穩(wěn)定性和安全性。

作為獲得電池的電氣狀態(tài)的現(xiàn)有技術(shù)，例如有專利文獻(xiàn)us2015/0226807a1(專利文獻(xiàn)1)和專利文獻(xiàn)cn201680795a(專利文獻(xiàn)2)所公開(kāi)的技術(shù)。

在專利文獻(xiàn)1中，提出了一種估計(jì)電池內(nèi)部電阻和soc的方法，主要方法是利用電池充放電的歷史數(shù)據(jù)，建立一個(gè)電池soc、電池內(nèi)阻以及電池充放電負(fù)荷的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)在線檢測(cè)的方法來(lái)檢測(cè)出電池內(nèi)阻和電池充放電負(fù)荷，并將這些數(shù)據(jù)輸入到上述建立的函數(shù)關(guān)系中來(lái)計(jì)算電池的soc。

在專利文獻(xiàn)2中，提出了一種估計(jì)電池電氣狀態(tài)的方法，該方法首先將一個(gè)一階的電路結(jié)構(gòu)作為電池的等效電氣狀態(tài)模型，并根據(jù)歷史的充放電電流和端電壓，以及卡爾曼濾波器算法來(lái)估計(jì)該等效電氣狀態(tài)模型中電阻和電容的值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

但是，專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的技術(shù)無(wú)法獲得準(zhǔn)確的電池的電氣狀態(tài)(soc)。一個(gè)較精確的soc～內(nèi)阻～充放電負(fù)荷的函數(shù)關(guān)系需要非常完備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)涵蓋實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中電池的充放電模式，而在實(shí)驗(yàn)室中很難模擬所有的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。而且因?yàn)殡姵氐碾姎鉅顟B(tài)和劣化過(guò)程是耦合在一起的，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，電池的劣化速度往往很慢，這時(shí)為了得到完備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電池的實(shí)驗(yàn)時(shí)間也必須足夠長(zhǎng)，這往往難以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)電池的內(nèi)部電氣狀態(tài)有非常強(qiáng)的非線性，僅僅用一個(gè)內(nèi)阻不能反應(yīng)出其實(shí)際的電氣狀態(tài)。

專利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的技術(shù)中使用的卡爾曼濾波器只能對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)濾除噪音，得到相對(duì)精確的數(shù)據(jù)，不能計(jì)算未知量，而在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中只有電池的充放電電流、端電壓和電池溫度能被檢測(cè)到，而代表電池電氣狀態(tài)的等效電路中的電阻值和電容值無(wú)法通過(guò)外部方法直接檢測(cè)出，因此卡爾曼濾波不能直接計(jì)算電池的等效電路參數(shù)值。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提出一種電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其能夠僅利用電池的日常應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)得到電池較精確的電氣狀態(tài)，其中電氣狀態(tài)包括電池的內(nèi)部電氣特性和電池的soc。

本發(fā)明的第一方面是一種電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)與其連接的電池系統(tǒng)中的電池的電氣特性參數(shù)和soc值，其包括：提供當(dāng)前或未來(lái)對(duì)所述電池的充放電進(jìn)行指示的電池充放電控制指令的充放電控制指令部；電氣特性取得部，其基于所述電池的等效電路建立所述電池的電氣狀態(tài)模型，根據(jù)建立的所述電氣狀態(tài)模型計(jì)算規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的所述電池充放電時(shí)的參數(shù)值與實(shí)際測(cè)量到的充放電時(shí)的參數(shù)值的差值之和并將該和的值作為計(jì)算電氣特性的誤差，根據(jù)所述誤差對(duì)所述電氣狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化，使得所述誤差小于規(guī)定的閾值，根據(jù)優(yōu)化后的電氣狀態(tài)模型取得所述電池的電氣特性參數(shù)；和soc取得部，其響應(yīng)所述充放電控制指令部提供的電池充放電控制指令利用由所述電氣特性取得部取得的所述電氣特性參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化后的所述電氣狀態(tài)模型來(lái)對(duì)所述電池的充放電進(jìn)行模擬，對(duì)模擬出的充放電電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)而取得所述電池的soc值。

本發(fā)明的第二方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述電池的等效電路是至少一個(gè)由電阻與電容并聯(lián)而成的rc結(jié)構(gòu)和電阻串聯(lián)連接的rc電路，在所述電氣狀態(tài)模型所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系中，以電池的充放電電流為自變量并以電池充放電時(shí)的端電壓為函數(shù)值，或者以電池充放電時(shí)的端電壓為自變量并以電池的充放電電流為函數(shù)值，所述電池的各個(gè)電氣特性參數(shù)由所述函數(shù)關(guān)系中包含的多個(gè)電阻參數(shù)和電容參數(shù)來(lái)表達(dá)。

本發(fā)明的第三方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在第一或第二方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，若存在所述電池充放電控制指令，則所述充放電控制指令部將該電池充放電控制指令提供給所述soc取得部供其直接使用，若不存在所述電池充放電控制指令，則所述充放電控制指令部將時(shí)間、日期和電池充放電控制指令的歷史值組成特征向量，并基于多個(gè)代表不同歷史時(shí)刻的電池充放電指令的特征向量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法預(yù)測(cè)要提供給所述soc取得部的電池充放電控制指令。

本發(fā)明的第四方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在第二方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在所述電氣特性取得部計(jì)算所述電氣特性的誤差時(shí)，首先基于所述函數(shù)關(guān)系，用所述電池的電氣特性參數(shù)的歷史值和充放電電流、電壓與功率中的至少一者的歷史值計(jì)算當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)的電氣暫態(tài)參數(shù)，接著基于所述函數(shù)關(guān)系，用計(jì)算出的所述電氣暫態(tài)參數(shù)、所述電池的當(dāng)前時(shí)間段的電氣特性參數(shù)和當(dāng)前時(shí)間段的充放電電流、電壓與功率中的至少一者計(jì)算當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)的端電壓或電流，對(duì)計(jì)算出的端電壓或電流與電池在該端電壓所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻測(cè)量到的充放電端電壓或電流進(jìn)行比較而得到差值，累積規(guī)定時(shí)間段內(nèi)不同時(shí)刻的差值而得到該規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的電氣特性的誤差。

本發(fā)明的第五方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在第一至第四方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在對(duì)所述電氣狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，對(duì)所述規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的所述電氣特性的誤差的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行多次迭代，如果存在電池的電氣特性參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則所述電氣特性取得部將該經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置為首次迭代計(jì)算時(shí)的電氣特性參數(shù)值，如果不存在電池的電氣特性參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則將默認(rèn)值設(shè)置為首次迭代計(jì)算時(shí)的電氣特性參數(shù)值，在每一次迭代計(jì)算得到的誤差的基礎(chǔ)上，根據(jù)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法選擇新的電阻值和電容值來(lái)作為電池電氣特性參數(shù)值，使得所述規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的電氣特性的誤差減小。

本發(fā)明的第六方面是一種電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，用于監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)中的電池的電氣特性參數(shù)和soc值，其包括：準(zhǔn)備當(dāng)前或未來(lái)的電池充放電控制指令的步驟；基于所述電池的等效電路建立所述電池的電氣狀態(tài)模型的步驟；根據(jù)建立的所述電氣狀態(tài)模型計(jì)算規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的所述電池充放電時(shí)的端電壓或電流與實(shí)際測(cè)量到的充放電時(shí)的端電壓或電流的差值之和并將該和的值作為計(jì)算電氣特性的誤差的步驟；根據(jù)所述誤差對(duì)所述電氣狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化，使得所述誤差小于規(guī)定的閾值的步驟；根據(jù)優(yōu)化后的電氣狀態(tài)模型取得所述電池的電氣特性參數(shù)的步驟；響應(yīng)準(zhǔn)備的電池充放電控制指令利用取得的所述電氣特性參數(shù)，根據(jù)優(yōu)化后的所述電氣狀態(tài)模型來(lái)對(duì)所述電池的充放電進(jìn)行模擬的步驟；和對(duì)模擬出的充放電電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)而取得所述電池的soc值。

本發(fā)明的第七方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，在第六方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法中，所述電池的等效電路是至少一個(gè)由電阻與電容并聯(lián)而成的rc結(jié)構(gòu)和電阻串聯(lián)連接的rc電路，在所述電氣狀態(tài)模型所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系中，以電池的充放電電流為自變量并以電池充放電時(shí)的端電壓為函數(shù)值，或者以電池充放電時(shí)的端電壓為自變量并以電池的充放電電流為函數(shù)值，所述電池的電氣特性參數(shù)由所述函數(shù)關(guān)系中包含的多個(gè)電阻參數(shù)和電容參數(shù)來(lái)表達(dá)。

本發(fā)明的第八方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，在第六或第七方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法中，若存在所述電池充放電控制指令，則將該電池充放電控制指令直接用于計(jì)算所述電池的soc值，若不存在所述電池充放電控制指令，則將時(shí)間、日期和電池充放電控制指令的歷史值組成特征向量，并基于多個(gè)代表不同歷史時(shí)刻的電池充放電指令的特征向量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法預(yù)測(cè)要用于計(jì)算所述電池的soc值的電池充放電控制指令。

本發(fā)明的第九方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，在第七方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法中，在計(jì)算所述電氣特性的誤差時(shí)，首先基于所述函數(shù)關(guān)系，用所述電池的電氣特性參數(shù)的歷史值和充放電電流、電壓與功率中的至少一者的歷史值計(jì)算當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)的電氣暫態(tài)參數(shù)，接著基于所述函數(shù)關(guān)系，用計(jì)算出的所述電氣暫態(tài)參數(shù)、所述電池的當(dāng)前時(shí)間段的電氣特性參數(shù)和當(dāng)前時(shí)間段的充放電電流、電壓與功率中的至少一者計(jì)算當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)的端電壓或電流，對(duì)計(jì)算出的端電壓或電流與電池在該端電壓所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻測(cè)量到的充放電端電壓或電流進(jìn)行比較而得到差值，累積規(guī)定時(shí)間段內(nèi)不同時(shí)刻的差值而得到該規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的電氣特性的誤差。

本發(fā)明的第十方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，在第六至第九方面的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法中，在對(duì)所述電氣狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，對(duì)所述規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的所述電氣特性的誤差的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行多次迭代，如果存在電池的電氣特性參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則所述電氣特性取得部將該經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置為首次迭代計(jì)算時(shí)的電氣特性參數(shù)值，如果不存在電池的電氣特性參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則將默認(rèn)值設(shè)置為首次迭代計(jì)算時(shí)的電氣特性參數(shù)值，在每一次迭代計(jì)算得到的誤差的基礎(chǔ)上，根據(jù)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法選擇新的電阻值和電容值來(lái)作為電池電氣特性參數(shù)值，使得所述規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的電氣特性的誤差減小。

根據(jù)本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，僅利用電池的日常應(yīng)用數(shù)據(jù)即能夠監(jiān)測(cè)電池較精確的電氣狀態(tài)(電池的內(nèi)阻、內(nèi)部電容、內(nèi)部電感等電氣特性和soc)。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成的示意圖。

圖2是表示本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能模塊的示意圖。

圖3表示本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體工作流程。

圖4是表示反映電池的內(nèi)部電氣狀態(tài)的一階等效電路之示例的圖。

圖5是表示反映電池的內(nèi)部電氣狀態(tài)的二階等效電路之示例的圖。

圖6是表示反映電池的內(nèi)部電氣狀態(tài)的三階等效電路之示例的圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的用于監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)電池的電氣狀態(tài)的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括充放電控制指令部、電氣特性計(jì)算部、soc取得部以及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中充放電控制指令部負(fù)責(zé)計(jì)算獲得電池的充放電控制指令。電氣特性計(jì)算部計(jì)算電池的電氣特性，電池的電氣特性包括電池的內(nèi)阻、內(nèi)部電容，內(nèi)部電感等。充放電控制指令部計(jì)算獲得的充放電控制指令和電氣特性取得部計(jì)算出的電池的電氣特性以及其他部分參數(shù)(來(lái)自于后文說(shuō)明的功能模塊的計(jì)算結(jié)果或者存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù))被輸入到soc取得部中，soc取得部取得電池的soc。

上述電氣特性計(jì)算部包括多個(gè)根據(jù)電池的日常應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算電池的內(nèi)部電氣特性的后述的功能模塊，各功能模塊主要進(jìn)行以下工作：首先采集一個(gè)或多個(gè)電池在日常應(yīng)用過(guò)程中的電壓、電流、電池溫度等數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)輸入到能夠反映電池的內(nèi)部電氣特性的函數(shù)關(guān)系中，并計(jì)算當(dāng)前內(nèi)部電氣特性的誤差。根據(jù)該誤差以及一種迭代方法來(lái)計(jì)算電池新的內(nèi)部電氣特性。

由于建立了電氣模型并通過(guò)迭代的方法對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，所以能夠僅利用日常采集到的電池的應(yīng)用數(shù)據(jù)就可以來(lái)得到電池較精確的電氣特性。

上述soc取得部取得soc的主要方法是以當(dāng)前或?qū)?lái)的電池充放電指令作為輸入，然后在已經(jīng)由電氣特性取得部計(jì)算得到的電氣特性的基礎(chǔ)上對(duì)電池的充放電進(jìn)行模擬計(jì)算，將模擬出的充放電電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到soc值。其中，電池充放電指令可以是電池的充放電電流、電壓和功率中的至少一者。

在取得了電池較精確的電氣特性的基礎(chǔ)上，對(duì)電池的充放電進(jìn)行模擬而得到充放電電流，從而能夠得到較精確的soc值。

對(duì)于上述經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，如果當(dāng)前已經(jīng)存在電池的某些參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則將這些經(jīng)驗(yàn)值存儲(chǔ)到經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)值，則將默認(rèn)值或者其他同型號(hào)電池的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值作為經(jīng)驗(yàn)值存儲(chǔ)在經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中。經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)將被輸出到電氣特性計(jì)算部中作為首次充放電模擬的參數(shù)。利用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠以輕低的成本獲得較準(zhǔn)確的電池的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

上述充放電控制指令部計(jì)算獲得電池的充放電控制指令時(shí)，如果電池在當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令已經(jīng)存在，則將該值作為將來(lái)的控制指令，如果當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令不存在，則根據(jù)充放電控制指令的歷史值、當(dāng)前值以及日期等信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的未來(lái)的充放電控制指令。用來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令例如能夠利用最小二乘法、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有的方法，當(dāng)然也能夠利用其它合適的各種方法。

利用歷史值和當(dāng)前值等記錄、測(cè)得的參數(shù)，能夠在沒(méi)有可用的充放電控制指令的情況下預(yù)測(cè)當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令，從而能夠基于預(yù)測(cè)出的充放電控制指令對(duì)電池進(jìn)行接近實(shí)際充放電的仿真，取得較準(zhǔn)確的電氣特性和soc值。

在上述電氣特性取得部計(jì)算電池的電氣特性過(guò)程中需要建模，即需要建立能夠反映電池的內(nèi)部電氣特性的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)函數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)值并計(jì)算電氣特性誤差，并對(duì)誤差的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行迭代來(lái)建立最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型。為此，在本發(fā)明中采用電阻與rc結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成的等效電路來(lái)建立模型，將該等效電路的各參數(shù)作為反映電池的電氣特性的各參數(shù)。該等效電路是一個(gè)一階或一階以上的電路結(jié)構(gòu)，首先一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)在一起組成一個(gè)rc結(jié)構(gòu)，然后一個(gè)或多個(gè)rc結(jié)構(gòu)和一個(gè)電阻串聯(lián)組成等效電路(參照?qǐng)D4至圖6)。rc結(jié)構(gòu)的數(shù)量可以為1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或更多個(gè)?；谏鲜龅刃щ娐返暮瘮?shù)關(guān)系的自變量可以是電池的電流，相應(yīng)的函數(shù)是電池充放電時(shí)的端電壓，但是也可以自變量是電池充放電時(shí)的端電壓，相應(yīng)的函數(shù)是電池充放電時(shí)的電流。該函數(shù)關(guān)系包含多個(gè)電阻參數(shù)和電容參數(shù)來(lái)反映電池復(fù)雜的電氣特性。等效電路的階數(shù)越高，則能夠計(jì)算出的電池充放電時(shí)的端電壓(函數(shù)值)的精確度越高，因此，等效電路的階數(shù)可以根據(jù)需要選擇。在需要較高精確度的電氣特性參數(shù)的情況下，采用階數(shù)高的等效電路，在對(duì)精確度要求不高的情況下，采用一階等效電路即可。由于階數(shù)越高函數(shù)的計(jì)算越復(fù)雜，所以優(yōu)選選擇滿足精確度要求的最低階數(shù)的等效電路來(lái)節(jié)省函數(shù)計(jì)算的時(shí)間成本和硬件成本。即使采用一階等效電路，由于本發(fā)明的特有的技術(shù)特征，也能夠獲得明顯高于現(xiàn)有技術(shù)的精確度的電氣特性參數(shù)。此外，不同階數(shù)的等效電路也用于模擬不同的電氣特性。通過(guò)增加或減少rc結(jié)構(gòu)的數(shù)量能夠適當(dāng)?shù)啬M不同的電氣特性。

關(guān)于上述等效電路所反映的電池的內(nèi)部電氣特性的函數(shù)關(guān)系，以rc結(jié)構(gòu)數(shù)量為2即二階等效電路為例進(jìn)行說(shuō)明。

該二階等效電路所示的函數(shù)關(guān)系的公式如(公式1)或(公式2)所示：

在上述公式1和公式2中，函數(shù)值u為電池充放電時(shí)的端電壓。t0為充放電模擬開(kāi)始的時(shí)間，該時(shí)間可以是在電池日常應(yīng)用過(guò)程中的任意時(shí)刻。t為從t0開(kāi)始的充放電時(shí)間長(zhǎng)度，該時(shí)間長(zhǎng)度是可選的。公式中的e為電池的電動(dòng)勢(shì)，其具體的計(jì)算方法后述。公式2中的f1、f2是表示電池的電氣暫態(tài)參數(shù)，是能夠通過(guò)電池的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算來(lái)獲得其值的參數(shù)。公式中的r、c、i都是圖5所示的二階等效電路的各電阻、電容和電流的值，以下角標(biāo)區(qū)分各階的r、c、i。如果等效電路不是二階而是其它階數(shù)，則上述函數(shù)關(guān)系公式為相應(yīng)階數(shù)的公式，各r、c、i標(biāo)以相應(yīng)的下角標(biāo)。

基于上述等效電路的函數(shù)關(guān)系也可以由一個(gè)遞推的函數(shù)關(guān)系間接地計(jì)算出，遞推公式代表該等效電路或者電池在某個(gè)時(shí)刻的各個(gè)電氣特性之間的關(guān)系，如(公式3)或者(公式4)所示：

或者也能夠?qū)⒐?或者公式4利用標(biāo)準(zhǔn)的離散化方法變換成與其等價(jià)的離散形式的遞推公式。

在上述公式3和公式4中，與上述公式1和公式2同樣，函數(shù)值u為電池充放電時(shí)的端電壓，e為電池的電動(dòng)勢(shì)，r、c、i都是圖5所示的二階等效電路的各電阻、電容和電流的值，以下角標(biāo)區(qū)分各階的r、c、i。如果等效電路不是二階而是其它階數(shù)，則上述函數(shù)關(guān)系公式變成相應(yīng)階數(shù)的公式，各r、c、i標(biāo)以相應(yīng)的下角標(biāo)。

在公式3和公式4中，dl1/dt表示該電流i1在時(shí)刻t的變化率，根據(jù)該變化率可以推算出i1在下一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)。i2的計(jì)算類似。

上面的公式1至公式4中的電池的電動(dòng)勢(shì)e，其值可以由兩種方式計(jì)算得到：第一種方式，電動(dòng)勢(shì)等于電池在充放電電流為零時(shí)的端電壓。第二種方式，首先對(duì)電池進(jìn)行劣化或健康狀態(tài)(soh)建模，主要方式為：基于所有電池的歷史充放電數(shù)據(jù)序列，選擇多個(gè)不同的時(shí)間區(qū)間，在每一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，計(jì)算出一系列反應(yīng)該時(shí)間區(qū)間內(nèi)不同控制或操作模式、充放電電流以及環(huán)境信息的值并將之組成為一個(gè)向量，將所有這些對(duì)應(yīng)不同時(shí)間區(qū)間的向量組成一個(gè)集合，并對(duì)該集合中的向量進(jìn)行降低維度處理來(lái)計(jì)算出一個(gè)新的集合，把計(jì)算出的新集合作為訓(xùn)練集，基于特定的統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練出一個(gè)計(jì)算soh的模型，該模型的輸出是電池在特定的環(huán)境下經(jīng)過(guò)了特定的充放電過(guò)程后電池的電動(dòng)勢(shì)或者內(nèi)部電氣參數(shù)值。

在上述等效電路的例子中，函數(shù)是充放電時(shí)的端電壓，但是如果函數(shù)也可以不是端電壓而是充放電電流，當(dāng)然此時(shí)的函數(shù)關(guān)系不同于上述例子，要對(duì)公式進(jìn)行相應(yīng)的變換。但只要是電池內(nèi)部電氣特性的等效電路且能夠通過(guò)參數(shù)表達(dá)電池內(nèi)部電氣特性的函數(shù)關(guān)系即可。

上述電氣特性取得部在計(jì)算電池的電氣特性時(shí)需要計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的電氣特性誤差。計(jì)算電氣特性誤差的方法是，利用前一段時(shí)間內(nèi)歷史充放電電流、電壓、功率和最優(yōu)的電氣特性參數(shù)值等來(lái)計(jì)算當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的電氣暫態(tài)參數(shù)，利用當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)充放電電流、電壓、功率、電氣暫態(tài)參數(shù)和當(dāng)前的電氣特性參數(shù)值等，通過(guò)電氣特性取得部建模而得到的函數(shù)關(guān)系式來(lái)計(jì)算函數(shù)值(電池充放電時(shí)的端電壓u，或者電流i0)。將計(jì)算出的函數(shù)值和電池在該函數(shù)值所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的充放電端電壓歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將兩者之間的差值作為該時(shí)刻的電氣特性誤差。將一段時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻的電氣特性誤差累加在一起，得到一段時(shí)間內(nèi)的電氣特性誤差。所得到的電氣特性誤差用于建立當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型。

為了利用所得到的電氣特性誤差建立當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型，本發(fā)明采用的計(jì)算電池新的電氣特性的迭代方法，主要是對(duì)如上所述的同一段時(shí)間內(nèi)的電氣特性誤差的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行多次迭代。在每一次迭代計(jì)算得到的誤差值的基礎(chǔ)上，根據(jù)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)選擇新的電池電氣特性參數(shù)值，電池電氣特性參數(shù)值包括多個(gè)電阻值和電容值，選擇依據(jù)是使該段時(shí)間內(nèi)電池電氣特性的誤差減小，迭代進(jìn)行到誤差小于某一閾值時(shí)停止?？蛇x的統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法包括但不限于：遺傳算法(ga)，粒子群優(yōu)化(pso)，進(jìn)化算法(es)，爬坡算法(hillclimbing)，隨機(jī)搜索(randomsearch)等。其中優(yōu)化參數(shù)是反映電池內(nèi)部特性的電氣參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)是一段時(shí)間內(nèi)電氣特性的誤差，即，為了得到優(yōu)化的反映電池內(nèi)部特性的電氣參數(shù)，對(duì)計(jì)算誤差的這一過(guò)程進(jìn)行多次迭代，直到最后一次迭代后計(jì)算出來(lái)的誤差值小于規(guī)定的閾值(即誤差足夠小)，將此時(shí)的電氣參數(shù)作為優(yōu)化的反映電池內(nèi)部特性的電氣參數(shù)，此時(shí)的電氣狀態(tài)模型作為當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型。

下面將參考通過(guò)相應(yīng)的附圖闡述的非限制性的實(shí)施例和細(xì)節(jié)對(duì)所述實(shí)施例及其各種特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行完整說(shuō)明，為避免對(duì)所述實(shí)施例造成不必要的模糊，將略去對(duì)公知組成部件和公知處理技術(shù)的說(shuō)明。

實(shí)施例

本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

其中101是一個(gè)或多個(gè)電池組成的電池系統(tǒng)，主要包含電池組和充電設(shè)備。圖1中示出的是多個(gè)電池組成電池組且具有多個(gè)電池組，但實(shí)際可以是多個(gè)電池組成的一個(gè)電池組，也可以是只有一個(gè)電池。此處的電池是能夠充放電的鉛酸電池、鋰離子電池等各種用途各種類型的可充放電電池。

102是電池系統(tǒng)的充放電控制指令部，該充放電控制指令部102用于計(jì)算并提供電池的充放電控制指令。如果被監(jiān)測(cè)電池的當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令已經(jīng)存在，則將該充放電控制指令作為當(dāng)前的或?qū)?lái)的控制指令提供給后述的soc取得部，如果當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令不存在，那么根據(jù)充放電控制指令的歷史值、當(dāng)前值以及日期等信息，組成代表某個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)充放電指令的向量，多個(gè)代表不同時(shí)間點(diǎn)的向量組成一個(gè)集合，基于該集合通過(guò)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令。用來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令例如能夠利用最小二乘法、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有的方法，當(dāng)然也能夠利用其它合適的各種方法。在本發(fā)明中，電池的充放電控制指令可以是電池的充放電電流、電壓和功率中的至少一者。

利用本發(fā)明的充放電控制指令部102，能夠在沒(méi)有可用的充放電控制指令的情況下預(yù)測(cè)當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令，從而能夠基于預(yù)測(cè)出的充放電控制指令對(duì)電池要進(jìn)行的充放電進(jìn)行接近實(shí)際充放電的仿真，取得較準(zhǔn)確的電氣特性和soc值。

103是電池的電氣特性取得部，該電氣特性取得部103取得電池的內(nèi)部電氣特性。電池的內(nèi)部電氣特性的取得主要是根據(jù)電池的日常應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)取得電池的內(nèi)部電氣特性的過(guò)程：首先采集一個(gè)或多個(gè)電池在日常應(yīng)用過(guò)程中的電壓、電流、電池溫度等數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)輸入到能夠反映電池的內(nèi)部電氣特性的函數(shù)關(guān)系中，并計(jì)算當(dāng)前內(nèi)部電氣特性的誤差。根據(jù)該誤差以及一種迭代方法來(lái)計(jì)算電池新的內(nèi)部電氣特性。其中函數(shù)關(guān)系是上述的基于等效電路的電氣模型所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。關(guān)于電氣特性取得部103取得電氣特性的各步工作的詳情在后文說(shuō)明。

104是電池的soc取得部，其主要以充放電控制指令部102提供的當(dāng)前或?qū)?lái)的電池充放電指令作為輸入，然后在已經(jīng)由電氣特性取得部103計(jì)算得到的電氣特性的基礎(chǔ)上對(duì)電池的充放電進(jìn)行模擬計(jì)算，將模擬的充放電電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)而得到soc值。

105是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，如果當(dāng)前獲得了電池的某些參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，則這些經(jīng)驗(yàn)值存儲(chǔ)到經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)值，則將默認(rèn)值或者其他同型號(hào)電池的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值作為經(jīng)驗(yàn)值存儲(chǔ)在經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)105中。經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)將被輸出到電氣特性計(jì)算部103中作為首次充放電模擬的參數(shù)。

另外，除圖1中示出的組成部分之外，本發(fā)明的電池的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以包括其它的組成部分而沒(méi)有表示在圖1中，例如有電池的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)源(圖2中的201)、電池的soh計(jì)算部(圖2中的205)等。

用于監(jiān)測(cè)獲得較準(zhǔn)確的電池的電氣狀態(tài)的本發(fā)明的功能模塊如圖2所示。

其中201是提供電池的歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源單元，該數(shù)據(jù)源單元201中包括在日常應(yīng)用過(guò)程中采集到的電池的數(shù)據(jù)，例如電池的充放電端電壓、電流、溫度等。這些電池?cái)?shù)據(jù)都是能夠通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)直接采集到的數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)序列的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)源單元201中，在需要使用時(shí)由數(shù)據(jù)源單元201以一定的時(shí)間的數(shù)據(jù)序列的形式輸出至要使用的單元(例如后述的電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203和soh計(jì)算單元205)中。

202是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)源單元，對(duì)應(yīng)圖1中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)105，用于存儲(chǔ)并提供經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)。其中經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)可以是當(dāng)前獲得了電池的某些參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，也可以將默認(rèn)值或者其他同型號(hào)電池的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值作為經(jīng)驗(yàn)值。。

203是電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元，該電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的電氣特性誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。主要方法是利用前一段時(shí)間內(nèi)歷史充放電電流、電壓、功率和最優(yōu)的電氣特性參數(shù)值等來(lái)計(jì)算當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的電氣暫態(tài)參數(shù)，利用當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)充放電電流、電壓、功率、電氣暫態(tài)參數(shù)和當(dāng)前的電氣特性參數(shù)值等，通過(guò)建立的電氣模型而得到的函數(shù)關(guān)系式來(lái)計(jì)算函數(shù)值(電池充放電時(shí)的端電壓u或者電流i0)。將計(jì)算出的函數(shù)值和電池在該函數(shù)值所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的充放電端電壓歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將兩者之間的差值作為該時(shí)刻的電氣特性誤差。將一段時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻的電氣特性誤差累加在一起，得到一段時(shí)間內(nèi)的電氣特性誤差。其中，當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)的電氣暫態(tài)參數(shù)是指計(jì)算過(guò)程中計(jì)算出的暫時(shí)使用的參數(shù)。由于當(dāng)前的電氣參數(shù)無(wú)法直接測(cè)量或計(jì)算獲得，所以需要通過(guò)歷史充放電數(shù)據(jù)和電池的soh模型，來(lái)對(duì)一段歷史時(shí)間內(nèi)的電池充放電進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算出一個(gè)較為接近當(dāng)前的電氣參數(shù)的電氣暫態(tài)參數(shù)，利用該電氣暫態(tài)參數(shù)來(lái)計(jì)算函數(shù)值(電池充放電時(shí)的端電壓u或者電流i0)，得到一個(gè)較為接近真實(shí)值的函數(shù)值。在電氣特性誤差為規(guī)定的閾值以下而得到優(yōu)化的電氣參數(shù)和模型的情況下，能夠通過(guò)優(yōu)化的電氣參數(shù)和模型選擇新的電氣參數(shù)值。電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203所使用的來(lái)自數(shù)據(jù)源單元201的數(shù)據(jù)是短時(shí)間的數(shù)據(jù)序列。

204是電氣參數(shù)選擇單元，該電氣參數(shù)選擇單元204接收電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203輸出的誤差信息、數(shù)據(jù)源單元201(即圖1中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)105)提供的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值以及上一次計(jì)算出的電氣參數(shù)值，依據(jù)統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)計(jì)算出一組新的電氣參數(shù)值。選擇依據(jù)是使誤差降低?？蛇x的統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括但不限于：遺傳算法(ga)，粒子群優(yōu)化(pso)，進(jìn)化算法(es)，爬坡算法(hillclimbing)，隨機(jī)搜索(randomsearch)等。其中優(yōu)化參數(shù)是反應(yīng)電池內(nèi)部特性的電氣參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)是一段時(shí)間內(nèi)電氣特性的誤差。由電氣參數(shù)選擇單元204計(jì)算出的新的電氣參數(shù)值即計(jì)算獲得的當(dāng)前的電池的內(nèi)部電氣特性。

在電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203和電氣參數(shù)選擇單元204的計(jì)算過(guò)程中，電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203向電氣參數(shù)選擇單元204輸出電氣特性誤差，電氣參數(shù)選擇單元204向電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203輸出計(jì)算出的新的電氣參數(shù)。通過(guò)電氣特性誤差計(jì)算過(guò)程的迭代能夠建立最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型。

其中，上述電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203和電氣參數(shù)選擇單元204可看作圖1中的電氣特性取得部103的功能模塊。經(jīng)過(guò)電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203和電氣參數(shù)選擇單元204的工作能夠獲得較為準(zhǔn)確的電池的內(nèi)部電氣特性(內(nèi)阻、內(nèi)部電容、內(nèi)部電感等)。

因此，在建立了基于多階rc電路(也可以是一階)的電池電氣狀態(tài)模型的基礎(chǔ)之上，通過(guò)迭代的方法使計(jì)算出的誤差減少來(lái)對(duì)電氣狀態(tài)模型進(jìn)行優(yōu)化，所以能夠獲得接近實(shí)際情況的電氣狀態(tài)模型，所以基于該電氣狀態(tài)模型計(jì)算出的電氣特性參數(shù)、soc值較為準(zhǔn)確。

205是電池的soh(stateofhealth，健康狀態(tài))計(jì)算單元，其計(jì)算電池的soh的主要計(jì)算方法是：基于所有電池的歷史充放電數(shù)據(jù)序列，選擇多個(gè)不同的時(shí)間區(qū)間，在每一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)，計(jì)算出一系列反應(yīng)該時(shí)間區(qū)間內(nèi)不同控制或操作模式、充放電電流以及環(huán)境信息的值并將之組成為一個(gè)向量，將所有這些對(duì)應(yīng)不同時(shí)間區(qū)間的向量組成一個(gè)集合，并對(duì)該集合中的向量進(jìn)行降低維度處理來(lái)計(jì)算出一個(gè)新的集合，把計(jì)算出的新集合作為訓(xùn)練集，基于特定的統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練出一個(gè)計(jì)算soh的模型，該模型的輸出是電池在特定的環(huán)境下經(jīng)過(guò)了特定的充放電過(guò)程后電池的電動(dòng)勢(shì)或者內(nèi)部電氣參數(shù)值?？蛇x的方法包括但不限于最小二乘法，支持向量機(jī)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

206是電池的充放電控制指令源單元，對(duì)應(yīng)圖1中的充放電控制指令部102，其提供電池當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令用于取得電池的soc。電池當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令可以是當(dāng)前存在的充放電控制指令，也可以是根據(jù)充放電控制指令的歷史值、當(dāng)前值以及日期等信息預(yù)測(cè)的當(dāng)前的或未來(lái)的充放電控制指令。

207是電池的充放電模擬單元，該充放電模擬單元207以充放電控制指令源單元206中輸出的電池未來(lái)的充放電控制指令作為輸入，然后在已經(jīng)由電氣參數(shù)選擇單元204計(jì)算得到的內(nèi)部電氣特性以及圖4至圖6所示的等效電路的基礎(chǔ)上對(duì)電池的充放電進(jìn)行模擬計(jì)算。即，利用201至205的單元已經(jīng)建立了最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型，并且該電氣狀態(tài)模型的各參數(shù)值也是優(yōu)化的參數(shù)值，充放電模擬單元207根據(jù)該最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型能夠容易地且準(zhǔn)確地對(duì)電池未來(lái)的充放電進(jìn)行模擬計(jì)算。

208是電池的soc統(tǒng)計(jì)單元，該soc統(tǒng)計(jì)單元208對(duì)電池的充放電模擬單元207計(jì)算得到的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到當(dāng)前和將來(lái)的soc值。其利用的主要的計(jì)算方法是將來(lái)的soc值等于當(dāng)前的soc減去充放電仿真模擬計(jì)算出的電流值的積分，該將來(lái)的soc值對(duì)應(yīng)于該電池在特定的充放電模式或者特定的電氣負(fù)載下，在未來(lái)某個(gè)時(shí)刻的soc值。

圖3表示監(jiān)測(cè)獲取電池的電氣狀態(tài)的方法的具體工作流程。

在步驟301中，獲得并存儲(chǔ)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)，將其輸出到電氣參數(shù)選擇單元204(也即電氣建模系統(tǒng)104)中用來(lái)計(jì)算電池的電氣特征，例如電池內(nèi)阻、內(nèi)部電容、內(nèi)部電感等。步驟301中獲得經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的方法如對(duì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)105的說(shuō)明所示，在此省略說(shuō)明。

步驟302、303、304和305是計(jì)算電池的電氣特性的步驟。由于一次計(jì)算難以獲得誤差小的電氣特性，所以通過(guò)對(duì)計(jì)算電氣特性誤差的步驟進(jìn)行迭代來(lái)計(jì)算電池的電氣特性，使得誤差小于規(guī)定的閾值而能夠獲得較為準(zhǔn)確的電氣特性。即，對(duì)步驟302、303、304和305這一連的工作過(guò)程進(jìn)行迭代，建立最優(yōu)的電氣參數(shù)模型并獲得優(yōu)化的電氣特性。

在步驟302中選擇新的電氣參數(shù)，新的電氣參數(shù)選擇的準(zhǔn)則是降低模型誤差，新的電氣參數(shù)的計(jì)算方法可以是遺傳算法(ga)，粒子群優(yōu)化(pso)，進(jìn)化算法(es)，爬坡算法(hillclimbing)，隨機(jī)搜索(randomsearch)等，其中優(yōu)化參數(shù)是反應(yīng)電池內(nèi)部特性的電氣參數(shù)(如圖4或圖5或圖6所示)，目標(biāo)函數(shù)是一段時(shí)間內(nèi)電氣特性的誤差。步驟302所進(jìn)行的工作是圖1所示的電氣特性取得部103進(jìn)行的工作，也是圖2所示的功能模塊電氣參數(shù)選擇單元204進(jìn)行的工作。

在步驟303中進(jìn)行充放電仿真。要進(jìn)行充放電仿真，首先基于特定的電氣結(jié)構(gòu)(如圖4或圖5或圖6所示)來(lái)建立一個(gè)電氣狀態(tài)模型。接著將實(shí)際的充放電數(shù)據(jù)、新的電氣參數(shù)以及ocv(opencircuitvoltage，開(kāi)路電壓)數(shù)據(jù)輸入到該電氣狀態(tài)模型中進(jìn)行充放電仿真，并統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果。其中建立電氣狀態(tài)模型是圖1所示的電氣特性取得部103進(jìn)行的工作，也是圖2所示的電氣特性誤差統(tǒng)計(jì)單元203和電氣參數(shù)選擇單元204進(jìn)行的工作。步驟303中進(jìn)行的充放電仿真是在要進(jìn)行優(yōu)化的電氣狀態(tài)模型的基礎(chǔ)上的仿真，而不是后續(xù)說(shuō)明的最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型的基礎(chǔ)上的仿真。

在步驟304中進(jìn)行模型誤差的統(tǒng)計(jì)。誤差根據(jù)仿真結(jié)果與實(shí)際充放電數(shù)據(jù)的差來(lái)計(jì)算。

在步驟305中進(jìn)行模型誤差的校驗(yàn)。對(duì)該模型誤差與一個(gè)預(yù)定義的規(guī)定閾值(該閾值可以在任何時(shí)刻重新設(shè)置)進(jìn)行比較，如果誤差大于該閾值，那么繼續(xù)進(jìn)行新一輪步驟302、303、304、305的迭代，如果誤差小于該閾值，那么停止迭代，并將最新的電氣參數(shù)作為電氣狀態(tài)模型中各個(gè)參數(shù)的值來(lái)組成一個(gè)最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型。

通過(guò)上述步驟302至305，能夠建立最優(yōu)的電氣狀態(tài)模型并確定優(yōu)化的電氣特性參數(shù)。當(dāng)然，僅進(jìn)行一次步驟302至305的過(guò)程難以建立電氣狀態(tài)模型并確定電氣特性參數(shù)，所以需要對(duì)步驟302至305的過(guò)程進(jìn)行迭代，使得模型和電氣特性參數(shù)不斷逼近真實(shí)的電池狀態(tài)。

在步驟306中，在一段時(shí)間內(nèi)從外部對(duì)一個(gè)或多個(gè)電池檢測(cè)到的充放電數(shù)據(jù)，包括電池充放電電壓，電流，溫度等。

在步驟307中對(duì)電池的劣化狀態(tài)(soh)進(jìn)行建模，主要過(guò)程是：基于所有電池的歷史充放電數(shù)據(jù)序列，選擇多個(gè)不同的時(shí)間區(qū)間，在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算出一系列反應(yīng)不同控制或操作模式、充放電電流的統(tǒng)計(jì)值以及環(huán)境信息的值并將之組成為一個(gè)向量，將所有這些對(duì)應(yīng)不同時(shí)間區(qū)間的向量組成一個(gè)集合，并對(duì)該集合中的向量進(jìn)行降低維度處理來(lái)計(jì)算出一個(gè)新的集合，把計(jì)算出的新集合作為訓(xùn)練集，基于特定的統(tǒng)計(jì)或機(jī)器學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練出一個(gè)計(jì)算soh狀態(tài)的模型，該模型的輸出是某個(gè)特定soh狀態(tài)下電池的ocv或者內(nèi)部電氣參數(shù)值?？蛇x的方法包括但不限于最小二乘法，支持向量機(jī)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

在步驟308中，基于步驟307中得到的soh模型，計(jì)算特定時(shí)間段內(nèi)電池的ocv值。計(jì)算出的ocv值用于步驟303中進(jìn)行的充放電仿真。

上述步驟306、307和308是為了更準(zhǔn)確地計(jì)算電池的電氣特性而進(jìn)行的，并非實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的必要步驟。在省略步驟306、307和308的情況下，也能夠保證本發(fā)明的電氣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

在步驟309中提供用于計(jì)算電池的soc的、電池在未來(lái)的充放電控制指令，在存在未來(lái)的充放電控制指令時(shí)直接使用該未來(lái)的充放電控制指令，如果該指令缺失，則根據(jù)充放電控制指令的歷史值、當(dāng)前值以及日期等信息預(yù)測(cè)未來(lái)的充放電控制指令。

在步驟310中進(jìn)行用于計(jì)算電池soc的充放電仿真，將未來(lái)的充放電控制指令輸入到步驟305中獲得的最優(yōu)電氣狀態(tài)模型中進(jìn)行仿真。

在步驟311中進(jìn)行仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，以仿真出的電池充放電電流的積分來(lái)計(jì)算電池soc。

在步驟312中輸出最終的電氣參數(shù)soc值，從而掌握電池的較為準(zhǔn)確的電氣參數(shù)和soc值。

盡管以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示出了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。