一种基于开路电压滞回特性的荷电状态的估计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于开路电压滞回特性的荷电状态的估计方法，用于在线估计锂离子电池的荷电状态，包括以下步骤：1)离线获取锂离子电池开路电压和荷电状态的滞回特性曲线；2)根据滞回特性曲线训练确定基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型的初始参数，并建立基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型；3)根据基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型在线估计锂离子电池的荷电状态，得到当前时刻锂离子电池的荷电状态。与现有技术相比，本发明专利技术具有建模准确、提高精度、估计准确等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种荷电状态的估计方法，尤其是涉及一种基于开路电压滞回特性的 荷电状态的估计方法。
技术介绍
动力电池系统作为关键的零部件在电动汽车和电力储能等领域得到越来越多的 应用。在应用过程中，需要电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS)对电池状态 进行监控，防止过充过放延长电池使用寿命。在这其中，S0C(荷电状态）的准确估计尤为 关键。大多数的S0C估计方法是利用S0C与开路电压OCV(OpenCircuitVoltage，开路电 压）的对应关系得到，如开路电压法，基于模型的S0C估计方法等。对0CV与S0C对应关系 的描述是这些S0C估计方法的核心基础。锂离子电池中开路电压和0CV并不完全--对应， 而是存在滞回关系（同一S0C下，充电过程的0CV大于放电过程的0CV)。 传统的锂离子电池开路电压滞回特性的建模方法中引入了较多的简化，使得滞回 模型的建模精度低，从而影响S0C估计。本文采用的基于Preisach算子的滞回模型建模方 法，在镍氢电池（NiMH)的开路电压滞回建模中已经应用，但由于锂离子电池相比NiMH电池 开路电压滞回关系并不显著并且也无对称性，使得离散Preisach模型无法较好应用到锂 离子电池中。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建模准确、提高 精度、估计准确的基于开路电压滞回特性的荷电状态的估计方法。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现： ，用于在线估计锂离子电池的 荷电状态，包括以下步骤： 1)离线获取锂离子电池开路电压和荷电状态的滞回特性曲线； 2)根据滞回特性曲线训练确定基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模 型的初始参数，并建立基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型； 3)根据基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型在线估计锂离子电池 的荷电状态，得到当前时刻锂离子电池的荷电状态。 所述的步骤2)中的基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型的初始参 数包括Preisach三角形的网格划分数目N和权重向量的初始值y。 所述的步骤2)中基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型为： 其中，(人）为tk时刻开路电压对应的荷电状态值，Q(tk)为tk时刻开路电压 值在Preisach三角形中对应的滞回状态向量，y(tk)为4时刻Preisach三角形中所有网 格的滞回权重向量。 所述的步骤3)具体包括以下步骤：31)在线获取上一时刻tki的Preisach三角形网格中的权重向量y(tkD和当前 时刻tk的滞回状态值《(tk)，计算得到当前时刻的先验荷电状态值SOC; 为： 32)根据电池容量Q。、上一时刻tki的荷电状态值夂C,:和当前时刻tk的先 验荷电状态值soc,, (/,)计算得到当前时刻的电流估计值UtJ为：At=tk-tk1； 33)根据实测的当前时刻的电流实际值1"(4)和电流估计值Iral(tk)得到当前时 刻的电流误差值n_current(tk)为： n.current(tk) =In (tk)-Ical (tk)； 34)根据当前时刻的电流误差值n_current(tk)和当前时刻的先验荷电状态值 SGCtt_, 并采用最小均方误差法得到当前时刻权重向量增量AA,，并计算当前时刻的权 重值y(tk)为：II(〇 =y(tt ,) +An(tj〇 (tk) 其中入为步长因子，且入G; 35)根据当前时刻的权重向量y(tkD和滞回状态值《 (tk)通过开路电压滞回特 性自适应模型得到当前时刻的后验荷电状态值(〔），即当前时刻的锂离子电池的荷电 状态，并返回步骤31)进行下一时刻的锂离子电池的荷电状态估计。 所述的步骤34)中，当前时刻权重向量增量的计算式为： A//, )??(/,) 其中，入为步长因子，且入G，n(tk)为巩时刻计算电流和测量电流的误 差值，《(tk)为4时刻Preisach三角形中滞回状态向量。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 一、建模准确：本专利技术通过引入测量电流和计算电流的误差，在每一时刻对 Preisach三角形中网格对应的权重值进行自适应调节，通过先验荷电状态值和滞回状态值 与当前电流实际值通过迭代计算，使得锂离子电池开路电压滞回特性准确进行建模。 二、提高精度：本专利技术是通过算法的改进提高建模的精度，算法中起核心作用的测 量电流可通过电池管理系统中原有的电流传感器直接获取，在精度提高的同时并没有增加 硬件成本。三、估计准确：本专利技术是通过对锂离子电池滞回特性进行荷电状态的估计，针对滞 回特性严重不能忽略的锂离子电池（如磷酸铁锂电池）的荷电状态估计更加准确可靠。【附图说明】 图1为锂离子电池0CV-S0C滞回特性曲线示意图。 图2为基本Preisach算子示意图。 图3为Preisach三角形及阶梯形记忆曲线示意图。 图4为离散Preisach三角形及网格示意图。 图5为锂离子电池0CV-S0C滞回模型训练流程图。 图6为锂离子电池0CV-S0C自适应离散Preisach模型应用流程图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。 实施例： 本专利技术的主要目的是建立一种锂离子电池开路电压滞回特性的准确建模方法，从 而最终能够用于锂离子电池荷电状态S0C的准确估计，本专利技术的另一目的是通过提出的建 模方法由已知的准确S0C得到滞回存在下的0CV值，从而能进一步用于分析电池的极化电 压以及阻抗等，为电池管理系统提供更多的信息。 为了实现本专利技术如上所述的目标和其他优点，如这里具体地和广泛地描述，提供 一种基于电流调节和离散Preisach算子的锂离子电池开路电压滞回特性的建模方法，传 统的开路电压滞回特性建模中存在误差较大精度难以保证的缺点，并不适用于本专利技术，本 专利技术在离散Preisach算子对滞回特性建模的基础上，将Preisach三角形划分的网格所对 应的权重值视为时变量，通过求取每一时刻下定义的先验S0C以及电池中的电流值，得到 电流的偏差值，该值结合最小均方误差理论（LMS)得到每一时刻下权重值变化的增量，与 上一时刻的权重值求和得到当前时刻的权重值，进一步结合当前时刻的滞回状态，得到后 验S0C即为当前时刻的S0C输出，其中模型中网格划分的数目和权重向量的初始值是通过 锂离子电池0CV-S0C滞回曲线离线确定。 根据本专利技术的优选实施例，完整的实施步骤如下：1)实验离线得到锂离子电池 0CV-S0C滞回特性曲线；2)离线确定Preisach三角形网格划分的数目和对应的权重向量的 初始值；3)在线应用时Preisach三角形网格对应的权重值视为时变，当前值由上一时刻权 重值加上当前时刻变化量得到；4)根据当前时刻0CV值更改Preisach三角形每一网格的 滞回状态值，并根据上一时刻的权重值得到当前时刻的先验S0C值；5)由先验S0C值、上一 时刻的S0C值、电池容量得到当前时刻的电流估计值，与实际电流比较得到误差值；6)当前 时刻的电流误差值结合最小均方误差（LMS)理论得到当前时刻权重值的增量和当前时刻 的权重值；7)当前时刻的权重值结合当前时刻的滞回状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于开路电压滞回特性的荷电状态的估计方法，用于在线估计锂离子电池的荷电状态，其特征在于，包括以下步骤：1)离线获取锂离子电池开路电压和荷电状态的滞回特性曲线；2)根据滞回特性曲线训练确定基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型的初始参数，并建立基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型；3)根据基于Preisach算子的开路电压滞回特性自适应模型在线估计锂离子电池的荷电状态，得到当前时刻锂离子电池的荷电状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴海峰，魏学哲，朱乐涛，孙泽昌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31