本发明涉及一种开路电压与soc函数关系优化方法，该方法针对锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化目标，综合考虑数学表征的准确度和计算复杂度，构建了开路电压（opencircuitvoltage，ocv）与荷电状态（stateofcharge，soc）间的ocv-soc函数关系优化方法，通过间歇放电实验分析和多项式函数拟合，实现了锂离子电池成组ocv-soc关系的有效表征；ocv-soc函数关系优化方法在间歇放电与搁置实验的基础上，实现其关系离散点的获取，结合曲线拟合获得二者之间的函数关系；ocv-soc函数关系优化方法在混合动力脉冲能力特性（hybridpulsepowercharacteristic，hppc）测试实验基础上，通过充放电过程影响互补的方式快速获得ocv-soc函数关系；ocv-soc函数关系优化方法在对比分析不同次数多项式的ocv-soc函数关系拟合效果的基础上，结合以最小二乘法为基础的六次多项式拟合，获得良好的ocv-soc函数关系动态拟合效果；该方法在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合ocv-soc函数关系优化，实现对锂离子电池组开路电压特性的准确数学描述；该方法是一种基于现代控制理论的锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化方法，属于新能源测控领域。
背景技术
在航空锂离子电池组bms的实时能量管理应用过程中，参数soc和参数ocv之间的关系作为soc值的参数修正使用。设定航空锂离子电池组的开路电压参数使用变量u0表示，电动势使用参数us表示，电极过电位电压使用参数ug表示，工作电压使用参数ul表示，内阻电压降使用参数ur表示，航空锂离子电池组的ocv求取表达式为u0=us-ug，航空锂离子电池组工作电压的求取表达式为ul=u0-ur。通过间歇放电与搁置的方式，实现其关系离散点的获取，通过曲线拟合的方式，获得二者之间的准确关系。通过获得电池的开路电压ocv与电池荷电状态soc之间的关系即ocv-soc曲线，实现估算过程的准确初始参数的设定与修正。通过选用航空锂离子电池组实验样本，并结合电压、电流和温度等参数，展开其工作特性模拟实验。通过实验获得ocv-soc关系离散点的变化规律，并通过曲线拟合的方式获得拟合关系曲线。
开路电压参数uoc在航空锂离子电池组等效模型中非常重要，要准确测量其值的大小。通常需要将工作状态的电池取下来搁置较长时间，用于去除极化现象及其所引入的滞后效应，这样需要耗费很多时间。
针对锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化目标，通过对不同ocv-soc函数关系求取方法进行研究，结合曲线拟合实现方法与效果分析，探索并提出了准确表征锂离子电池组开路电压特性的ocv-soc函数关系优化求取方法。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有锂离子电池组开路电压与soc函数关系求取方法的不足，提供一种锂离子电池组ocv-soc函数关系优化方法，解决锂离子电池成组应用中开路电压特性的函数表征问题。
本发明主要用于求取锂离子电池组ocv-soc函数关系，通过间歇放电实验分析和多项式函数拟合，实现了锂离子电池成组ocv-soc关系的有效表征；该方法在间歇放电与搁置实验的基础上，实现其关系离散点的获取，结合曲线拟合获得二者之间的函数关系；该方法在hppc测试实验基础上，通过充放电过程影响互补的方式快速获得ocv-soc函数关系；该方法在对比分析不同次数多项式的ocv-soc函数关系拟合效果的基础上，结合以最小二乘法为基础的六次多项式拟合，获得良好的ocv-soc函数关系动态拟合效果；该方法在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合ocv-soc函数关系优化，实现对锂离子电池组开路电压特性的准确数学描述。
本发明是基于锂离子电池组开路电压工作特性分析和现代控制理论研究相结合方式，实现的锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化方法，具有较强的适用性；针对锂离子电池组开路电压工作特征描述目标，本发明进行ocv-soc函数关系求取方法优化，实现成组ocv-soc函数关系的数学描述；本发明ocv-soc函数关系优化方法通过基于成组工作特性分析，结合多项式函数拟合效果的对比研究，实现了ocv-soc函数关系的可靠计算；在间歇放电与搁置实验的基础上，实现其数学关系离散点的获取；在hppc测试实验基础上，通过充放电过程影响互补快速获得其函数关系；对比分析不同次数多项式的ocv-soc函数关系拟合效果的基础上，实现以最小二乘法为基础的函数关系动态拟合；本发明可对锂离子电池组开路电压工作特性进行准确描述，具有计算简洁、适应性好和精度高的优点。
附图说明
图1是本发明锂离子电池组ocv-soc函数关系示意图。
图2是本发明锂离子电池组不同方法求取效果对比示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化方法结合附图作进一步的详细描述；本发明针对锂离子电池成组应用时开路电压与soc函数关系优化问题，提出了一种开路电压与荷电状态间的ocv-soc函数关系优化方法，通过间歇放电实验分析和多项式函数拟合，实现了锂离子电池成组ocv-soc关系的有效表征；ocv-soc函数关系优化方法在间歇放电与搁置实验的基础上，实现其数学关系离散点的获取，结合曲线拟合获得二者之间的函数关系；ocv-soc函数关系优化方法在混合动力脉冲能力特性hppc测试实验基础上，通过充放电过程影响互补的方式快速获得ocv-soc函数关系；ocv-soc函数关系优化方法在对比分析不同次数多项式的ocv-soc函数关系拟合效果的基础上，结合以最小二乘法为基础的六次多项式拟合，获得良好的ocv-soc函数关系动态拟合效果；该方法在充分考虑锂离子电池成组工作基础上，结合ocv-soc函数关系优化，实现对锂离子电池组开路电压特性的准确数学描述，构造开路电压与soc函数关系优化方案；为了更好的体现本发明，在本实施例中仅以航空锂离子电池组为例进行说明，但本领域技术人员应该熟知，根据本发明的技术思想可以实现多种锂离子电池组的开路电压与soc函数关系优化；以下对锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化方法的实现步骤进行详细说明。
参见图1，本发明在充分考虑实际工况中的大电流倍率放电、小电流倍率充电的工作环境，选取0.20c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电实验作为求取其函数关系的依据，以提高对工况的适应性；在求取过程中，通过把充电或放电终点时的安时积分容量变化量作为基准值，通过等分处理，获得不同soc值时的闭路电压；在此基础上，求取不同soc值在充放电过程中所对应的闭路电压值的平均值，并作为优化后的开路电压值，获得实验及计算所获得的数据；图中，ul_charge_02c为0.2c5a间歇充电电流条件下获得的不同soc时的ocv值，ul_discha_1c为1c5a间歇放电电流条件下获得的不同soc时的ocv值，ul_avr_1c02c为二者之间的平均值；进而，通过把该求取关系与原始ocv-soc关系、拟合后的函数关系、以及基于1.00c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电的函数关系求取结果进行对比，以验证本思路的可行性，获得实验结果如图2所示。
参见图2，本发明的锂离子电池组ocv-soc关系，通过比较不同方法获得的效果曲线获得；图中，uoc为直接hppc测试获得的开路电压值，uoc2为基于最小二乘法函数拟合获得的ocv-soc变化曲线，ul_avr_1c1c为1.00c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电获得的ocv-soc函数关系，ul_avr_1c02c为0.20c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电获得的ocv-soc函数关系；由实验结果可知，基于0.20c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电的实验结果具有更精确的描述效果；与1.00c5a恒流充电和1.00c5a恒流放电的结果相比，具有更贴近原始ocv-soc函数关系的特点；与原始阶段性放电和搁置的求取方法相比，在低soc值情况下具有更贴近电池工作特性变化的特点；因此本优化方法具有合理性，进而进行曲线拟合，获得优化后二者之间的函数关系；通过对比分析不同阶数情况下的函数关系拟合效果，选取6次多项式拟合作为其拟合函数关系，计算表达式如式1所示。
在上述表达式中，使用变量φ表征航空锂离子电池组的soc值，变量uoc表示航空锂离子电池组的开路电压ocv值。状态空间方程中的系数通过对图中的实验数据曲线进行拟合得到，各项系数的值为：a0=22.46，a1=53.26，a2=-315.08，a3=920.68，a4=-1380.58，a5=1027.01，a6=-298.89；应用函数关系表达式进行计算，获得不同soc情况下对应的ocv值。根据实验结果可知，所构建的拟合方程对航空锂离子电池组工作特性的模拟具有良好的表征效果；在复杂模拟工况下soc估算过程中发现，soc估算值与ah积分获得的soc值之间仍存在系统误差；经过实验分析可知，该系统误差仍然是由于开路电压的不精确造成的，且在整体ocv-soc函数关系中，中间段的ocv值偏低；在0.20c5a充电过程中，电压值变化偏低，并且与1c5a放电过程具有不对称性。
综上所述，本发明针对锂离子电池组开路电压与soc函数关系优化目标，综合考虑计算复杂性和函数关系表征精确度，提出ocv-soc函数关系优化方法，在锂离子电池组不同电流倍率实验分析基础上，利用多项式函数关系优化，实现对组内开路电压的有效数学描述，为锂离子电池组等效电路模型参数辨识、soc估算和工作状态实时监测提供基础。
本发明的以上实施例仅以航空锂离子电池组为例进行了开路电压与soc函数关系优化的说明，但可以理解的是，在不脱离本发明精神和范围下本领域技术人员可以对其进行任意的改变和变化。