一種基于開路電壓滯回特性的荷電狀態(tài)的估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種荷電狀態(tài)的估計(jì)方法，尤其是涉及一種基于開路電壓滯回特性的 荷電狀態(tài)的估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動力電池系統(tǒng)作為關(guān)鍵的零部件在電動汽車和電力儲能等領(lǐng)域得到越來越多的 應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，需要電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，BMS)對電池狀態(tài) 進(jìn)行監(jiān)控，防止過充過放延長電池使用壽命。在這其中，S0C(荷電狀態(tài)）的準(zhǔn)確估計(jì)尤為 關(guān)鍵。大多數(shù)的S0C估計(jì)方法是利用S0C與開路電壓OCV(OpenCircuitVoltage，開路電 壓）的對應(yīng)關(guān)系得到，如開路電壓法，基于模型的S0C估計(jì)方法等。對0CV與S0C對應(yīng)關(guān)系 的描述是這些S0C估計(jì)方法的核心基礎(chǔ)。鋰離子電池中開路電壓和0CV并不完全--對應(yīng)， 而是存在滯回關(guān)系（同一S0C下，充電過程的0CV大于放電過程的0CV)。
[0003] 傳統(tǒng)的鋰離子電池開路電壓滯回特性的建模方法中引入了較多的簡化，使得滯回 模型的建模精度低，從而影響S0C估計(jì)。本文采用的基于Preisach算子的滯回模型建模方 法，在鎳氫電池（NiMH)的開路電壓滯回建模中已經(jīng)應(yīng)用，但由于鋰離子電池相比NiMH電池 開路電壓滯回關(guān)系并不顯著并且也無對稱性，使得離散Preisach模型無法較好應(yīng)用到鋰 離子電池中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種建模準(zhǔn)確、提高 精度、估計(jì)準(zhǔn)確的基于開路電壓滯回特性的荷電狀態(tài)的估計(jì)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種基于開路電壓滯回特性的荷電狀態(tài)的估計(jì)方法，用于在線估計(jì)鋰離子電池的 荷電狀態(tài)，包括以下步驟：
[0007] 1)離線獲取鋰離子電池開路電壓和荷電狀態(tài)的滯回特性曲線；
[0008] 2)根據(jù)滯回特性曲線訓(xùn)練確定基于Preisach算子的開路電壓滯回特性自適應(yīng)模 型的初始參數(shù)，并建立基于Preisach算子的開路電壓滯回特性自適應(yīng)模型；
[0009] 3)根據(jù)基于Preisach算子的開路電壓滯回特性自適應(yīng)模型在線估計(jì)鋰離子電池 的荷電狀態(tài)，得到當(dāng)前時(shí)刻鋰離子電池的荷電狀態(tài)。
[0010] 所述的步驟2)中的基于Preisach算子的開路電壓滯回特性自適應(yīng)模型的初始參 數(shù)包括Preisach三角形的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)目N和權(quán)重向量的初始值y。
[0011] 所述的步驟2)中基于Preisach算子的開路電壓滯回特性自適應(yīng)模型為：
[0012]
[0013] 其中，(人）為tk時(shí)刻開路電壓對應(yīng)的荷電狀態(tài)值，Q(tk)為tk時(shí)刻開路電壓 值在Preisach三角形中對應(yīng)的滯回狀態(tài)向量，y(tk)為4時(shí)刻Preisach三角形中所有網(wǎng) 格的滯回權(quán)重向量。
[0014] 所述的步驟3)具體包括以下步驟：
[0015]31)在線獲取上一時(shí)刻tki的Preisach三角形網(wǎng)格中的權(quán)重向量y(tkD和當(dāng)前 時(shí)刻tk的滯回狀態(tài)值《(tk)，計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)荷電狀態(tài)值SOC; 為：
[0016]
[0017] 32)根據(jù)電池容量Q。、上一時(shí)刻tki的荷電狀態(tài)值夂C,:和當(dāng)前時(shí)刻tk的先 驗(yàn)荷電狀態(tài)值soc,, (/,)計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻的電流估計(jì)值UtJ為：
[0018]
[0019]At=tk-tk1；
[0020] 33)根據(jù)實(shí)測的當(dāng)前時(shí)刻的電流實(shí)際值1"(4)和電流估計(jì)值Iral(tk)得到當(dāng)前時(shí) 刻的電流誤差值n_current(tk)為：
[0021] n.current(tk) =In (tk)-Ical (tk)；
[0022] 34)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的電流誤差值n_current(tk)和當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)荷電狀態(tài)值 SGCtt_, 并采用最小均方誤差法得到當(dāng)前時(shí)刻權(quán)重向量增量AA,，并計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的權(quán) 重值y(tk)為：
[0023]II(〇 =y(tt ,) +An(tj〇 (tk)
[0024]
[0025] 其中入為步長因子，且入G[0,1];
[0026] 35)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的權(quán)重向量y(tkD和滯回狀態(tài)值《 (tk)通過開路電壓滯回特 性自適應(yīng)模型得到當(dāng)前時(shí)刻的后驗(yàn)荷電狀態(tài)值(〔），即當(dāng)前時(shí)刻的鋰離子電池的荷電 狀態(tài)，并返回步驟31)進(jìn)行下一時(shí)刻的鋰離子電池的荷電狀態(tài)估計(jì)。
[0027] 所述的步驟34)中，當(dāng)前時(shí)刻權(quán)重向量增量的計(jì)算式為：
[0028] A//, )??(/,)
[0029] 其中，入為步長因子，且入G[0，1]，n(tk)為鞏時(shí)刻計(jì)算電流和測量電流的誤 差值，《(tk)為4時(shí)刻Preisach三角形中滯回狀態(tài)向量。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 一、建模準(zhǔn)確：本發(fā)明通過引入測量電流和計(jì)算電流的誤差，在每一時(shí)刻對 Preisach三角形中網(wǎng)格對應(yīng)的權(quán)重值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，通過先驗(yàn)荷電狀態(tài)值和滯回狀態(tài)值 與當(dāng)前電流實(shí)際值通過迭代計(jì)算，使得鋰離子電池開路電壓滯回特性準(zhǔn)確進(jìn)行建模。
[0032] 二、提高精度：本發(fā)明是通過算法的改進(jìn)提高建模的精度，算法中起核心作用的測 量電流可通過電池管理系統(tǒng)中原有的電流傳感器直接獲取，在精度提高的同時(shí)并沒有增加 硬件成本。
[0033]三、估計(jì)準(zhǔn)確：本發(fā)明是通過對鋰離子電池滯回特性進(jìn)行荷電狀態(tài)的估計(jì)，針對滯 回特性嚴(yán)重不能忽略的鋰離子電池（如磷酸鐵鋰電池）的荷電狀態(tài)估計(jì)更加準(zhǔn)確可靠。
【附圖說明】
[0034] 圖1為鋰離子電池0CV-S0C滯回特性曲線示意圖。
[0035] 圖2為基本Preisach算子示意圖。
[0036] 圖3為Preisach三角形及階梯形記憶曲線示意圖。
[0037] 圖4為離散Preisach三角形及網(wǎng)格示意圖。
[0038] 圖5為鋰離子電池0CV-S0C滯回模型訓(xùn)練流程圖。
[0039] 圖6為鋰離子電池0CV-S0C自適應(yīng)離散Preisach模型應(yīng)用流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0041] 實(shí)施例：
[0042] 本發(fā)明的主要目的是建立一種鋰離子電池開路電壓滯回特性的準(zhǔn)確建模方法，從 而最終能夠用于鋰離子電池荷電狀態(tài)S0C的準(zhǔn)確估計(jì)，本發(fā)明的另一目的是通過提出的建 模方法由已知的準(zhǔn)確S0C得到滯回存在下的0CV值，從而能進(jìn)一步用于分析電池的極化電 壓以及阻抗等，為電池管理系統(tǒng)提供更多的信息。
[0043] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明如上所述的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)，如這里具體地和廣泛地描述，提供 一種基于電流調(diào)節(jié)和離散Preisach算子的鋰離子電池開路電壓滯回特性的建模方法，傳 統(tǒng)的開路電壓滯回特性建模中存在誤差較大精度難以保證的缺點(diǎn)，并不適用于本發(fā)明，本 發(fā)明在離散Preisach算子對滯回特性建模的基礎(chǔ)上，將Preisach三角形劃分的網(wǎng)格所對 應(yīng)的權(quán)重值視為時(shí)變量，通過求取每一時(shí)刻下定義的先驗(yàn)S0C以及電池中的電流值，得到 電流的偏差值，該值結(jié)合最小均方誤差理論（LMS)得到每一時(shí)刻下權(quán)重值變化的增量，與 上一時(shí)刻的權(quán)重值求和得到當(dāng)前時(shí)刻的權(quán)重值，進(jìn)一步結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的滯回狀態(tài)，得到后 驗(yàn)S0C即為當(dāng)前時(shí)刻的S0C輸出，其中模型中網(wǎng)格劃分的數(shù)目和權(quán)重向量的初始值是通過 鋰離子電池0CV-S0C滯回曲線離線確定。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，完整的實(shí)施步驟如下：1)實(shí)驗(yàn)離線得到鋰離子電池 0CV-S0C滯回特性曲線；2)離線確定Preisach三角形網(wǎng)格劃分的數(shù)目和對應(yīng)的權(quán)重向量的 初始值；3)在線應(yīng)用時(shí)Preisach三角形網(wǎng)格對應(yīng)的權(quán)重值視為時(shí)變，當(dāng)前值由上一時(shí)刻權(quán) 重值加上當(dāng)前時(shí)刻變化量得到；4)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻0CV值更改Preisach三角形每一網(wǎng)格的 滯回狀態(tài)值，并根據(jù)上一時(shí)刻的權(quán)重值得到當(dāng)前時(shí)刻的先驗(yàn)S0C值；5)由先驗(yàn)S0C值、上一 時(shí)刻的S0C值、電池容量得到當(dāng)前時(shí)刻的電流估計(jì)值，與實(shí)際電流比較得到誤差值；6)當(dāng)前 時(shí)刻的電流誤差值結(jié)合最小均方誤差（LMS)理論得到當(dāng)前時(shí)刻權(quán)重值的增量和當(dāng)前時(shí)刻 的權(quán)重值；7)當(dāng)前時(shí)刻的權(quán)重值結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻的滯回狀態(tài)值得到當(dāng)前時(shí)刻的后驗(yàn)S0C值即 為當(dāng)前時(shí)刻的S0C值，下一時(shí)刻重復(fù)上述過程。
[0045] 圖1所示為實(shí)驗(yàn)測試的鋰離子電池ocv-soc滯回特性曲線（0CV充分靜置，時(shí)間大 于3小時(shí)），該實(shí)驗(yàn)曲線用于確定本發(fā)明提出的滯回模型的初始參數(shù)，為了充分覆蓋鋰離子 電池的滯回特性，實(shí)驗(yàn)測定時(shí)先從電池滿充狀態(tài)放電，每隔5%S0C變化和靜置后記錄0CV 值直至S0C= 0滿放狀態(tài)；然后進(jìn)入充電狀態(tài)每隔5 %S0C變化和靜置后記