一种电池等效电路模型离线辨识参数的优化方法和系统与流程

本发明属于电池等效电路模型，尤其涉及一种电池等效电路模型离线辨识参数的优化方法和系统。

背景技术：

1、电池的等效电路模型经常用于参数辨识，当利用电池等效电路模型进行参数离线辨识时，电池参数离线辨识所用模型示意图如图1所示，所用公式如(1)至(3)所示。

2、 (1)

3、 (2)

4、 (3)

5、其中， t表示某一时刻， t－1表示某一时刻的前一时刻， t为大于等于 1的整数。 u(t)为电池的端电压， ocv(t)为电池开路电压， up(t)为电池的极化电压。 ur(t)为电池的欧姆电压， i(t)为电池的电流， r0(t)为电池欧姆内阻。 τ为电池模型的时间常数， rp(t)为电池的极化内阻。 dt为电池数据采样时间间隔，可以自定义，如0.1秒。

6、在辨识电池参数时，通过高阶rc等效电路模型计算出来的极化电压往往比通过低阶等效电路模型计算出来的极化电压更加接近电池的实际极化电压。但是高阶等效电路模型参数计算比较复杂，为简化参数计算的过程，提高高阶等效电路模型参数计算速度，提出了基于电池测试数据，等效电路模型离线辨识参数的优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为解决上述现有技术中存在的难题，提出了基于电池测试数据，等效电路模型离线辨识参数的优化方法。

2、为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种电池等效电路模型离线辨识参数的优化方法，该方法包括以下的步骤：

4、s1，取锂电池，对电池进行充电和放电测试，按照 dt 秒的时间间隔获得测试数据，测试数据包括电池端电压量测值、电流和电池表面的温度；

5、s2，对高阶 rc 等效电路模型，建立第一目标函数，采用最小二乘法拟合获取函数极小值，辩识等效电路模型中时间常数和极化内阻等离线辨识参数；

6、s3，对高阶 rc等效电路模型，建立第二目标函数，采用最小二乘法拟合获取函数极小值，优化等效电路模型中时间常数和极化内阻等离线辩识参数。

7、作为优选，所述步骤s2中还包括以下步骤：

8、s21，计算电池欧姆内阻 r0(i)；

9、s22，进行时间常数和极化内阻的辨识

10、设置第一目标函数fcn1；

11、fcn1=u1(i)-u2(i)     (4)

12、u1(i)为第i次采样的电池端电压量测值，u2(i)为基于第i次采样的测试数据获得的电池端电压第一次计算值；

13、利用最小二乘法，对第一目标函数fcn1求极小值；当第一目标函数fcn1取极小值时，对应电池的极化内阻和时间常数为离线辨识的参数。

14、作为优选，所述步骤s3中还包括以下步骤：

15、s31，对优化电池时间常数、极化内阻设置初始值和边界值；

16、s32，设置第二目标函数fcn2；

17、fcn2=u1(i)-u3(i)     (5)

18、 u1(i)为第i次采样的电池端电压量测值，u3(i)为基于第i次采样的测试数据获得的电池端电压第二次计算值；

19、利用最小二乘法，对第二目标函数fcn2求极小值；当第二目标函数fcn2取极小值时，对应电池的极化内阻和时间常数为优化以后的离线辨识参数。

20、作为优选，所述步骤s1中包括步骤s11基于调整电流对完全充满电的电池进行放电，放电具体步骤如下：

21、s111, 基于调整电流对电池进行放电，放电持续时间 dt，之后静置时间为 dt；

22、s112,基于调整电流对电池进行放电至 soc， soc等于100%-5%*n，第一次执行s112时 n等于1，之后静置时间为 dt；

23、s113,重复步骤s111,s112一共 n次，直至 soc等于0。

24、作为优选，所述步骤s1中包括步骤s12基于调整电流对完全放空电的电池进行充电，充电具体步骤如下：

25、s121, 基于调整电流对电池进行充电，放电持续时间 dt，之后静置时间为 dt；

26、s122,基于调整电流对电池进行充电至 soc， soc等于5%*m，第一次执行s112时 m等于1，之后静置时间为 dt；

27、s123，重复步骤s121,s122一共 m次,直至 soc等于100。

28、作为优选，所述步骤s1中 ocv1(i)表示第 i次采样的电池开路电压，步骤s11，s12并非每次采样电压值都为电池开路电压，能采集到的电池开路电压为电池静置 dt时间之后的电压；采集不到的 ocv1(i)获取方法为以 soc(i)和采集到的 ocv1(i)为基表，进行线性差值获取每次采集不到的 ocv1(i)。

29、作为优选，步骤s21中计算电池欧姆内阻 r0(i)的方法如下：

30、 r0(i)= [u1(i)- u1(i+1)] /[i(i)- i(i+1)]   (6)

31、 u1(i)表示第 i次采样的电池端电压量测值， u1(i+1)表示第 i+1次采样的电池端电压量测值， i(i)表示第 i次采样的电池电流量测值， i(i+1)表示第 i+1次采样的电池电流量测值， r0(i)表示与 soc(i)相对应的欧姆内阻。

32、作为优选，步骤s22中还包括以下步骤：

33、s221，根据不同电池的特性，对电池的极化内阻和时间常数设置范围，在设定范围，对电池的极化内阻和时间常数进行辨识时，设置极化内阻的范围 [lb1,ub1]，时间常数值范围 [lb2,ub2]；

34、s222，设置电池的极化内阻初始值和时间常数初始值，极化内阻初始值的设计值在极化内阻下边界 lb1和极化内阻上边界 ub1之间，时间常数初始值的设置值在时间常数下边界 lb2和时间常数上边界 ub2之间；

35、s223，第 i次采样的电池的端电压量测值为 u1(i)，基于测试数据计算的电池的端电压第一次计算值为 u2(i)，将电池的极化内阻初始值和时间常数初始值，代入公式(7)至(12)，计算获得基于测试数据的电池端电压第一次计算值 u2(i)；

36、    (7)

37、      (8)

38、   (9)

39、  (10)

40、  (11)

41、  (12)

42、 u2(i)为第 i次采样的电池端电压的第一次计算值， ocv1(i)为第 i次采样的电池开路电压量测值， up(i)为第 i次采样的电池的极化电压，极化电压包括一阶极化电压 up1(i)、二阶极化电压 up2(i)、高阶极化电压 upn(i)； ur(i)为电池的欧姆电压， i(i)为电池的电流，r0(i)为电池欧姆内阻；电池模型的时间常数，分为一阶时间常数 τ1(i)、二阶时间常数 τ2 (i)和高阶时间常数 τn(i)；电池的极化内阻包括一阶极化内阻 rp1(i)、二阶极化内阻 rp2 (i)、三阶极化内阻 rpn(i)； dt为电池数据采样时间间隔， up1(0)、 up2(0)和 upn(0)分别是一阶极化电压、二阶极化电压和高阶极化电压的初始值。

43、作为优选，步骤s22中利用最小二乘法，对第一目标函数fcn1求极小值的方法如下：

44、(13)

45、         (14)

46、 i(i)为第 i次采样的电池的电流值， rp(i)为电池的极化内阻，值等于 u2(i)，表示给定时间常数 τ(i)、极化内阻 rp(i)和量测电流 u1(i)下的电池端电压第一次计算值；

47、通过迭代电池极化内阻和时间常数，更新fcn1的求解值，直至fcn1的求解值达到极小值时，完成极化内阻 rp(i)和时间常数 τ(i)的辨识。

48、作为优选，步骤s22中将最终辨识出来的一阶极化内阻 rp1记为，将最终辨识出来的二阶极化内阻 rp2记为，将最终辨识出来的 n阶极化内阻 rpn记为，将最终辨识出来的一阶时间常数 τ1记为，将最终辨识出来的二阶时间常数 τ2记为，将最终辨识出来的 n阶时间常数 τn记为。

49、作为优选，步骤s3中还包括以下的步骤：

50、s31，对优化电池时间常数设置初始值：

51、将s22最终辨识出来的一阶时间常数 τ1的平均值作为一阶时间常数 τ1_op的初始值，将s22最终辨识出来的二阶时间常数 τ2的平均值作为二阶时间常数 τ2_op的初始值，将s22最终辨识出来的 n阶时间常数 τn的平均值作为 n阶时间常数 τn_op的初始值；

52、s32，对优化电池极化内阻设置初始值：

53、将s22最终辨识出来的一阶极化内阻 rp1的平均值作为一阶时间常数 rp1_op的初始值，将s22最终辨识出来的二阶极化内阻 rp2的平均值作为二阶时间常数 rp2_op的初始值，将s22最终辨识出来的 n阶极化内阻 rpn的平均值作为 n阶时间常数 rpn_op的初始值；

54、s33，设置优化电池极化内阻和时间常数边界值：

55、极化内阻初始值在极化内阻下边界 lp1_op和极化内阻上边界 up1_op之间，时间常数初始值在时间常数下边界 lp2_op和时间常数上边界 up2_op之间；

56、s34，第 i次采样的电池的端电压量测值为 u1(i)，基于测试数据计算的电池的端电压第二次计算值为 u3(i)，将优化电池的极化内阻初始值和时间常数初始值，代入公式(15)至(20)，计算获得基于测试数据的电池端电压第二次计算值 u3(i)；

57、       (15)

58、        (16)

59、  (17)

60、  (18)

61、  (19)

62、  (20)。

63、作为优选，步骤s32中利用最小二乘法，对第二目标函数fcn2求极小值；当第二目标函数fcn2取极小值时，对应电池的极化内阻和时间常数为优化以后的离线辨识参数；

64、 (21)

65、       (22)

66、i(i)为第i次采样的电池的电流值， rp_op(i)为电池的极化内阻，值等于 u3(i)，表示给定时间常数 τ_op、极化内阻 rp_op(i)和量测电流 u1(i)下的电池端电压第二次计算值；

67、通过迭代电池极化内阻和时间常数，更新fcn2的求解值，直至fcn2的求解值达到极小值时，完成极化内阻 rp_op和时间常数 τ_op的辨识。

68、作为优选，将最终辨识出来的一阶极化内阻记为

69、，

70、将最终辨识出来的二阶极化内阻记为

71、，

72、将最终辨识出来的n阶极化内阻记为

73、，

74、为分别包含i个值的数组；

75、最终辨识出来的一阶时间常数记为 τ1_op，最终辨识出来的二阶时间常数记为 τ2_ op，最终辨识出来的 n阶时间常数记为 τn_op； τ1_op， τ2_op，…， τn_op为单个值。

76、进一步，本发明还公开了一种电池系统，该系统采用所述的方法对电池的等效电路模型进行优化。

77、进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。

78、进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。

79、进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。