一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法，该方法包括以下步骤，S1

【技术实现步骤摘要】
一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法。

技术介绍

[0002]针对电池荷电状态的检测，近二十多年来的发展历程为，2000
‑
2005年主要是基于电压
‑
SOC对照表方法；2005
‑
2010年滤波方法、库仑计方法、电压修正积分方法得到应用；2010
‑
2015年电压查表与库仑计计数相结合的方法；2016年以来进展不明显，而应用大数据理念，基于数据进行学习，选取参与学习的特征数据，利用神经网络方法训练出非线性关系进行SOC值的获取效果并不理想。业内普遍认为问题的难点在于电池充满、电池放空条件的判断，较通用的解决方案是考虑到电池老化，基于电压查表法、库仑计方法采用打补丁的方法使SOC曲线的显示尽可能呈线性性。人们也曾尝试从电压、容量、库仑计原理构造通用算法模型并给出通用的简洁公式，但结果均不具备推广价值，故寻找与电压、温度、充电循环次数、放电倍率等因素有关的SOC依赖关系SOC＝f(v,temperature,k,...)为目前最为可行的改进渠道。目前行业内常用的SOC估计方法有电压查表法和电流积分法等，其中电压查表法由于电压波动导致SOC值不稳定且误差大，而电流积分法虽SOC稳定，但由于额定容量的衰减和库仑计测量误差的积累，随着使用时间的增加，预报的SOC值和真实的SOC值的误差会持续增大。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有电压查表法和电流积分法各自存在的缺陷，提供一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法，其通过确定SOC依赖于电流、电压的关系，应用最小二乘原理，将电压查表法和电流积分法相结合，估计出实际容量和偏差量，从而得到稳定精确的SOC值。
[0004]本基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法该方法包括以下步骤，
[0005]S1
‑
确定SOC依赖于电流、电压的关系，制得SOC依赖于电流、电压的数学上的数据对应表；
[0006]S2
‑
利用最小二乘法确定实际容量Q
c
及库仑计偏差量Q0；
[0007]S3
‑
利用Q
c
及库仑计偏差量Q0，根据计算任意时刻t的SOC值。
[0008]进一步地，S1所述SOC依赖于电流、电压的关系确定包括以下步骤，
[0009]S11：建立电压
‑
电流
‑
SOC对应表，按指定电流对电池从满到空进行全程放电，选定一组特定放电电流序列{I
k
}，k＝1,
…
,n，对每个指定电流I
k
，观察其在一定电压序列{V
j
},j＝1,
…
,m.下的SOC值，得到在一定电流、一定电压下的SOC值{SOC
kj
}，产生了一数学上的二维m
×
n数表，每k行表示第k个电流值在一串电压序列上的SOC值，进而得到在指定电流下的电压SOC对应曲线；
[0010]S12：对每个实验电流I
k
在任意电压V下的SOC值采用对电压序列(V
j
,SOC
kj
),(j＝
1,
…
,m)做分段线性插值进行计算，这样得到电流I
k
下SOC依赖于电压变化的分段一次函数SOC(I
k
,V)，其中SOC(I
k
,V
j
)＝SOC
kj
.；
[0011]S13：对任意电流I、任意电压V下的SOC依赖电压的变化规律求解，由S12中的分段线性函数计算得到在电流I
k
时的值SOC(I
k
,V)＝SOC
k
(V)，过(I
k
,SOC
k
(V)),k＝1,2,
…
,m做三次样条插值，得到任意电流I、任意电压V下的SOC值SOC(I,V)；
[0012]S14：将电压区间[V
min
,V
max
]N等分，电流区间[I
min
,I
max
]M等分，N,M都比较大，尤其是N>>n；网格上的点位(I
k
,V
j
),k＝0,1,
…
,N；j＝0,1,
…
,M.按上述方法，得出在(I
k
,V
j
)处的SOC值SOC
k,j
,k＝0,1,
…
,N；j＝0,1,
…
,M.，得到精细的SOC依赖于电流、电压的数学上的数据对应表。
[0013]进一步地，记库仑计在时刻t的值为Q
t
，则t时刻的SOC值在一个常态放电过程中，记录有一系列t0,t1,
…
,t
K
时刻的电压电流和容量j＝0,1,
…
,K.，S2所述实际容量Q
c
及库仑计偏差量Q0的估计包括以下步骤，
[0014]S21：根据所述SOC依赖于电流、电压的数据对应表查表或计算得SOC的查表值采用通常的电流积分方法得到的SOC值为二者的差为误差的平方总和为
[0015]S22：利用最小二乘法确定Q0,Q
c
，使得ψ(Q0,Q
c
)最小，得到额定容量Q
c
和偏差量Q0。
[0016]作为实用性优化，具体到单片机算法选择，S22所述利用最小二乘法确定Q0,Q
c
中，令参数q1,q2求出后，恢复出实际容量Q
c
和库仑计偏差量Q0。进一步地，单片机对S22所述最小二乘法运算算法采用整型数据预算的计算，具体为对实型数据q1,q2用有理数逼近表示。
[0017]由于Q0,Q
c
的最小二乘问题求解是一个非线性最小二乘问题，故将其转换为线性最小二乘问题。如果将Q0、Q
c
作为拟合参数，这是一种非线性拟合。巧妙地做变量替换，令则变成寻找最佳直线SOC＝q1Q
t
+q2的拟合。当参数q1,q2求出后，可恢复出实际容量Q
c
和库仑计偏差量Q0另外为适应于单片机存储运算能力小的问题，算法采用整型数据预算实现实行数据的计算，具体的是对实型数据q1,q2，用有理数来逼近表示，节省记忆长度和运算时间，提高计算效率。
[0018]本专利技术一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法，克服了现有电压查表法和电流积分法各自存在的缺陷，其通过确定SOC依赖于电流、电压的关系，应用最小二
乘原理，将电压查表法和电流积分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法，其特征是：该方法包括以下步骤，S1
‑
确定SOC依赖于电流、电压的关系，制得SOC依赖于电流、电压的数学上的数据对应表；S2
‑
利用最小二乘法确定实际容量Q
c
及库仑计偏差量Q0；S3
‑
利用Q
c
及库仑计偏差量Q0，根据计算任意时刻t的SOC值。2.根据权利要求1所述的基于电池模型与最小二乘的精确计算SOC的方法，其特征是：S1所述SOC依赖于电流、电压的关系确定包括以下步骤，S11：建立电压
‑
电流
‑
SOC对应表，按指定电流对电池从满到空进行全程放电，选定一组特定放电电流序列{I
k
}，k＝1,
…
,n，对每个指定电流I
k
，观察其在一定电压序列{V
j
},j＝1,
…
,m.下的SOC值，得到在一定电流、一定电压下的SOC值{SOC
kj
}，产生了一数学上的二维m
×
n数表，每k行表示第k个电流值在一串电压序列上的SOC值，进而得到在指定电流下的电压SOC对应曲线；S12：对每个实验电流I
k
在任意电压V下的SOC值采用对电压序列(V
j
,SOC
kj
),(j＝1,
…
,m)做分段线性插值进行计算，这样得到电流I
k
下SOC依赖于电压变化的分段一次函数SOC(I
k
,V)，其中SOC(I
k
,V
j
)＝SOC
kj
.；S13：对任意电流I、任意电压V下的SOC依赖电压的变化规律求解，由S12中的分段线性函数计算得到在电流I
k
时的值SOC(I
k
,V)＝SOC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科锋，赵永成，宋士仓，
申请(专利权)人：郑州正方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：