基于二进制编码的电池开路电压估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及电动汽车动力电池开路电压估算。
【背景技术】
[0002] 为了防止电动汽车动力电池组过充过放，延长电池组使用寿命，从而提高整车 性能和安全性，一般要求电池管理系统能够实时准确的预估电池荷电状态（State of Charge, SOC)〇
[0003] 目前，电池 SOC估算方法包括电池容量测试法、安时积分法、开路电压法、卡尔曼 滤波法、神经网络法和模糊控制算法等。电池容量测试法测试时间长、效率低，不适用于在 线应用。神经网络法选择电池电压、充放电电流、环境温度、总放电量及内阻等参数作为输 入，SOC作为输出，基于训练建立输入输出参数间的关系，实现了电池 SOC的估算，但该方法 的精度受输入参数、模型、训练数据和训练方法的影响。模糊控制法利用模糊推理的方法来 估计电池的S0C，并以电池模型参数为模糊输入量，SOC为模糊输出量，该方法的精度受制 于模糊推理系统的设计；卡尔曼滤波方法通过建立电池状态及测量方程，利用递推算法对 电池组SOC实现最小方差意义上的最优估算，其估算精度受制于电池模型和电池开路电压 与SOC间关系的描述精度；但上述算法由于运算量较大对系统处理器速度要求较高。电池 开路电压与SOC间有唯一的对应关系，且与电池寿命影响不大，开路电压法精度较高，但需 静止较长时间以达到平衡。安时积分法在电池管理系统中也得到了普遍应用，但该方法最 大缺陷是，在实际应用场合电池的充放电效率难以测定，另外，因电池的自放电及老化导致 容量衰减，无法确定SOC的初始值，同时还存在积分的累积误差等。
[0004] 从上面的分析发现，因电池开路电压与SOC间存在唯一的对应关系，目前比较常 用的电池 SOC估算方法是安时积分法结合开路电压法或充电结束时SOC修正，但该算法的 难点在于电池开路电压的预测。
[0005] 针对磷酸铁锂电池，多阶RC等效电路模型因没有分支，结构简单，因而被广泛采 用，另外，一阶RC等效电路模型即可恰当的描述磷酸铁锂电池使用过程中的动态特性。从 电池电压静置曲线可以看出，电池开路电压预测模型中除了短时间常数的RC模块、还应包 含若干更长时间常数的RC模块，多阶等效电路模型非线性度高，耦合效果不利于求解。
【发明内容】
[0006] 针对上述多阶RC等效电路模型非线性度高、耦合效果不利于求解的问题，本发明 提出了基于二进制编码的电池开路电压预测方法。采用的技术方案为：
[0007] 基于二进制编码的电池开路电压预测方法，包括：一阶RC等效电路模型参数辨识 阶段和电池开路电压预测阶段；
[0008] 所述一阶RC等效电路模型参数辨识阶段包括如下步骤：
[0009] 步骤1，建立描述电池动态特性的一阶RC等效电路模型；所述一阶RC等效电路模 型由描述电池动态特性的电阻R1、电容C1并联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压Eni串联组 成；
[0010] 步骤2,依据实际采集的电池电流及电压信号，基于最小二乘法预测电池模型参 数；
[0011] 所述电池开路电压预测阶段包括如下步骤：
[0012] 步骤3,建立描述电池静置特性的多阶RC等效电路模型；多阶RC等效电路模型 由若干个R1C1并联电路相串联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压Eni串联组成，其中i = 1，2, 3··· η ;
[0013] 步骤4,以所述一阶RC等效电路模型参数辨识阶段辨识的R1C1作为基准R QC。；
[0014] 步骤5,令多阶RC等效电路模型表达式中的R1C1= 2 1RqCq;其中i为描述电池静置 特性的最佳阶次；
[0015] 步骤6，依据最小二乘法辨识电池开路电压。
[0016] 进一步地，所述步骤1中的等效电路模型的表达式为：
[0018] 其中Eni为电池开路电压，^为欧姆内阻R。上压降，用于描述R1C 1并联电路的压 降，I为串联电流。
[0019] 进一步地，所述步骤2中所述的电池模型参数包括：电池开路电压Eni，欧姆内阻R。， 描述电池动态特性的电阻R1、电容Q。
[0020] 进一步地，所述步骤3中的所述的多阶RC等效电路模型为：
[0022] 其中Ai用于描述R1C1上的压降。
[0023] 进一步地，所述步骤5中所述的最佳阶次为7阶次。
[0024] 和现有技术相比，本发明的有益效果：
[0025] 本发明的有益效果是引入了二进制编码原理预测电池开路电压，解决了多阶等效 电路模型非线性度高，耦合性高不利于求解的问题。
【附图说明】
[0026] 图1为多阶RC等效电路模型原理图；
[0027] 图2为电池电压静置阶段实测曲线；
[0028] 图3为基于一阶RC等效电路模型预测及试验静置的电池开路电压；
[0029] 图4为基于多阶RC等效电路模型预测及试验静置的电池开路电压；
[0030] 图5为基于多阶RC等效电路模型预测及试验静置的电池开路电压的局部放大图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提出的基于二进制编码的电池开路电压预测方法包括一阶RC等效电路模 型参数辨识、电池开路电压预测。
[0032] 上述一阶RC等效电路模型参数辨识阶段包括如下过程：
[0033] (1)首先建立描述电池动态特性的一阶RC等效电路模型；所述一阶RC等效电路 模型由描述电池动态特性的电阻R1、电容C1并联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压Eni串联 组成；一阶RC等效电路模型表达式为：
[0035] 其中Eni为电池开路电压，&为欧姆内阻R。上的压降，K1用于描述R 1C1并联电路 上的压降，I为串联电流；
[0036] (2)然后依据实际采集的电池电流及电压信号，基于最小二乘法预测电池模型参 数，所述电池模型参数包括：Em，R。，R1, Q。
[0037] 上述电池开路电压预测阶段包括如下过程：
[0038] (1)当电池进入静置阶段，如图2所示，电池电压先以较快的速率恢复，随后进入 较平缓的恢复阶段，导致基于一阶RC等效电路模型预测及试验静置的电池开路电压存在 较大偏差，如图3所示。
[0039] 为此，建立描述电池静置特性的多阶RC等效电路模型；如图1所示，所述多阶RC 等效电路模型由若干个R1C1并联电路相串联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压Eni串联组 成，其中i = 1，2, 3…n，多阶RC等效电路模型表达式为：
[0041] 其中&用于描述R1C1并联电路上的压降；
[0042] (2)然后以一阶RC等效电路模型参数辨识阶段辨识的R1C1作为基准R 0C0;
[0043] (3)再令多阶RC等效电路模型表达式中的R1C1= 2 1RqCq,其中i为描述电池静置 特性的最佳阶次，如图4和图5所示，当为7阶次时最佳；
[0044] (4)最后依据最小二乘法辨识电池开路电压。
[0045] 多阶RC等效电路模型表达式可变成：
[0047] 利用一个有限项采样值A = (&1，a2, · · ·，aN)描述RQC。，其中aj表示R QC。网络在j 时刻对单位阶跃响应的采样值，N为Rf。网络输出值达到稳定所需的时域长度。k时刻电池 端电压的多阶RC等效电路模型表达式为：
其中Vnreasui^A k时刻实测电池电压。
[0050] 最小二乘法的含义即求解模型参数Eni, R。，R1, C1，使WEm, R。，R1)取得极值。而 Q (Eni, R。，R1)取得极值的必要条件为 ，其中求解的EJ直即为电池 开路电压。
[0051] 以上仅用于描述本发明的技术方案，并不用于限定本发明的保护范围，在不违背 本发明实质内容和精神的前提下，所作任何修改或等同替换等都将落入本发明的保护范围 内。
【主权项】
1. 基于二进制编码的电池开路电压预测方法，其特征在于，包括：一阶RC等效电路模 型参数辨识阶段和电池开路电压预测阶段； 所述一阶RC等效电路模型参数辨识阶段包括如下步骤： 步骤1，建立描述电池动态特性的一阶RC等效电路模型；所述一阶RC等效电路模型由 描述电池动态特性的电阻&、电容Q并联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压E"串联组成； 步骤2,依据实际采集的电池电流及电压信号，基于最小二乘法预测电池模型参数，所 述模型参数包括：电池开路电压E"，欧姆内阻R。，描述电池动态特性的电阻&、电容C1; 所述电池开路电压预测阶段包括如下步骤： 步骤3,建立描述电池静置特性的多阶RC等效电路模型；所述多阶RC等效电路模型 由若干个RA并联电路相串联后再与欧姆内阻R。、电池开路电压E"串联组成，其中i= 1，2, 3".n; 步骤4,以所述一阶RC等效电路模型参数辨识阶段辨识的RA作为基准RQC。； 步骤5,令多阶RC等效电路模型表达式中的!?&= 2 其中i为描述电池静置特性 的最佳阶次； 步骤6,依据最小二乘法辨识电池开路电压。2. 根据权利要求1所述的基于二进制编码的电池开路电压预测方法，其特征在于，所 述步骤1中的等效电路模型的表达式为：厂=^ = €,,-叫-/冲1-，明）；其 中Em为电池开路电压，VR。为欧姆内阻R。上压降，VR1用于描述RA并联电路的压降，I为串 联电流。3. 根据权利要求1所述的基于二进制编码的电池开路电压预测方法，其特征在于，所 述步骤3中的所述的多阶RC等效电路模型为：其中，VRl用于描述RA上的压降。4. 根据权利要求1所述的基于二进制编码的电池开路电压预测方法，其特征在于，所 述步骤5中所述的最佳阶次为7阶次。
【专利摘要】本发明公开了基于二进制编码的电池开路电压预测方法，属于电动汽车技术领域，包括：一阶RC等效电路模型参数辨识阶段、电池开路电压预测阶段；一阶RC等效电路模型参数辨识阶段包括：步骤1，建立描述电池动态特性的一阶RC等效电路模型；步骤2，依据实际采集的电池电流及电压信号，基于最小二乘法预测模型参数；电池开路电压预测阶段包括：步骤3，建立描述电池静置特性的多阶RC等效电路模型；步骤4，以一阶RC等效电路模型参数辨识阶段辨识的R1C1作为基准R0C0；步骤5，令多阶RC等效电路模型中的RiCi＝2iR0C0；步骤6，依据最小二乘法辨识电池开路电压。本发明引入二进制编码原理预测电池开路电压，解决了多阶等效电路模型非线性度高，耦合性高不利于求解的问题。
【IPC分类】G06F19/00, G01R31/36
【公开号】CN105116344
【申请号】CN201510543674
【发明人】王丽梅, 陈龙, 江浩斌, 袁朝春, 汪若尘, 汪少华, 盘朝奉, 徐兴
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月28日