基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法、系统及电量计技术方案

本发明专利技术提供过一种基于改进型模型预测控制的锂电池剩余容量计量方法、系统及电量计，首先创建电池标准模型，存储在数据库中，在锂电池上电后，实时采集电池工作参数，选择合适的电池预测模型，通过调整电池预测模型的输入参数，使电压偏差降低至设定阈值范围，获得当前剩余电量，最后通过创建参考轨迹，对当前剩余电量进行输出优化，获得最终的电池剩余电量值。使用该方法获得的电池剩余电量计量精确，方法运行过程中计算程序量小，对微处理器的存储、运算要求也比较低；使用该方法的电量计量系统、电量计可在

【技术实现步骤摘要】
基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法、系统及电量计


[0001]本专利技术属于电量计量
，具体涉及一种基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法及电量计。

技术介绍

[0002]随着手机、掌上电脑等以电池供电的电子设备的广泛使用，对电池的电量计量需求大幅增加。
[0003]目前多是采用库伦积分法、库伦积分与开路电压结合法、动态电压法等来估算锂电池的剩余容量。库伦积分法的原理是对电流采集模块采样到的电流进行时间积分，而得到锂电池的流入流出容量，再根据总容量计算出锂电池的剩余容量，该方法计算简单，实现方便，对微处理器要求也较低；但在锂电池使用工况的改变，电池总可放出容量是变化的，尤其在低温下(0℃以下温度)，电池可放电容量大幅减少，再加之库伦积分的累计误差，很难准确估计剩余容量。
[0004]库伦积分与开路电压结合的方法，是在库伦积分法的基础上，当锂电池处于松弛状态(电流接近零放置一段时间后)获得OCV(电池开路电压)，再利用SOC与OCV之间的关系，对剩余容量进行校正，可消除库伦积分的累计误差问题，但锂电池在环境温度变化等工况改变而导致总可放电容量的变化问题，依然不能解决。
[0005]动态电压法是提前对电池做各种电流负载的放电测试，得到一系列的SOC
‑
VOL(电池端电压)表格，在电池放电过程中通过电池端电压查表，得到SOC，这种方法结构简单，对微处理器的运算能力要求很低，但由于电池电压的采集误差和VOL
‑
SOC也不是一种线性关系，所以精度较差，并且制表和查表复杂，需要很大的存储空间去存储表格，因此只能应用在要求低成本和精度要求低的移动设备中。
[0006]因此，提供一种低功耗、存储空间小、受温度影响低，同时计量精确的电量计量方法十分必要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法、系统及电量计。
[0008]本专利技术解决现有技术中存在的问题通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术提供一种基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法，包括以下步骤：
[0010](1)对锂电池进行放电测试，得出电池标准模型，存储在数据库中，作为剩余电量计量方法的依据；
[0011](2)锂电池上电初始化，采集电池开路电压(OCV)，查表数据库，获取电池初始电量，作为当前电池剩余电量(SOC(t))。
[0012](3)在锂电池工作状态，实时采样得到电池电压(Vol)、当前电流(I1)、电池温度(T)；根据当前电池剩余电量(SOC(t))，对比数据库中的电池标准模型，查表得到当前开路电压(OCV(SOC,T))、当前电池直流阻抗(r(SOC,T))，和当前温度系数(cf(SOC,T))；
[0013](4)根据电池历史负载数据，选择电池预测模型，处理当前电流(I1)，得到负载电流(I)；
[0014](5)根据预测器，即公式
①
，预测电池端电压(Vo)：
[0015]Vo＝OCV(SOC,T)
–
I*r(SOC,T)*cf(SOC,T)
ꢀꢀꢀ①
[0016](6)根据公式
②
，计算得到电压偏差Vs：
[0017]Vs＝Vol
–
Vo
ꢀꢀꢀ②
[0018](7)对电压偏差(Vs)进行校正优化，根据公式
①
，调整电池电量预测模型的输入参数当前剩余电量(SOC(t))，对电池端电压(Vo)进行修正，使电压偏差(Vs)减小至设定阈值范围，得到校正优化后的当前剩余电量(SOC1)；
[0019](8)对校正优化后的当前剩余电量(SOC1)进行输出优化，得到最终的剩余电量(SOC)。
[0020]进一步地，步骤(1)中，电池标准模型数据库包括以下数据：开路电压表(OCV(SOC,T))、电池直流阻抗表(r(SOC,T))、温度系数表(cf(SOC,T))。
[0021]进一步地，步骤(4)中，当选择恒功率模型时，通过预设固定功率，根据公式
③
：W＝U*I，计算得到负载电流(I)。
[0022]进一步地，步骤(4)中，当选择恒电流模型时，通过对采样电流(I1)滤波，得到负载电流(I)。
[0023]进一步地，步骤(5)中，对预测电池端电压(Vo)的所有参数进行温度归一化处理，降低温度对电池电量预测的影响。
[0024]进一步地，步骤(7)中，电压偏差(Vs)的设定阈值范围为5mV～10mV。
[0025]进一步地，步骤(8)中，对校正优化后的当前剩余电量(SOC1)进行输出优化的具体方法是：
[0026]首先，根据公式
④
反推出当前电池工况下，剩余电量的工作剩余时间Ts，
[0027][0028]接着根据公式
⑤
计算得到单位时间电池电量的变化值(
△
SOC)；
[0029]△
SOC＝SOC/Ts
ꢀꢀꢀ⑤
[0030]根据单位时间电池电量的变化值(
△
SOC)，得到电池剩余电量的输出轨迹，优化当前剩余电量(SOC1)，得到最终的电池剩余电量(SOC)；最终的电池剩余电量(SOC)，为优化前的当前剩余电量(SOC1)与电池电量的变化值(
△
SOC)之和。
[0031]进一步地，当锂电池工况发生变化时，循环步骤(3)～步骤(8)，步骤(8)中输出的剩余电量(SOC)作为下一个循环的当前剩余电量(SOC(t))。
[0032]本专利技术还提供一种锂电池电量计量系统，包括上述任一项所述的锂电池剩余电量计量方法。
[0033]本专利技术还提供一种锂电池电量计，包括上述的锂电池电量计量系统。
[0034]本专利技术提供的基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法具有以下有
益效果：
[0035](1)在
‑
20℃～50℃条件下，使用该方法获得的电池剩余电量与市售电池测试仪相比，其电量误差基本在4％以内，精确度较高；
[0036](2)事先抽取电池标准模型，在运行过程中计算程序量小，精度高，对微处理器的存储、运算要求也比较低；
[0037](3)抽取电池模型的过程在
‑
20℃～50℃之间进行，电量计量系统也可以在同样的温度范围内正常运行，更好地适应了低温条件下的应用。
附图说明
[0038]图1为本专利技术提供的电池剩余电量的计量方法的原理图。
[0039]图2为本专利技术提供的电池剩余电量的计量方法的工作流程示意图。
[0040]图3为实施例1提供的电池剩余电量计量方法与市售电池测试仪在5℃条件下测得的电池剩余电量的误差曲线图。
[0041]图4为实施例1提供的电池剩余电量计量方法与市售电池测试仪在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进型模型预测控制的锂电池剩余电量计量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对锂电池进行放电测试，得出电池标准模型，存储在数据库中；(2)锂电池上电初始化，采集电池开路电压(OCV)，查表数据库，获取电池初始电量，作为当前电池剩余电量(SOC(t))；(3)在锂电池工作状态，实时采样得到电池电压(Vol)、当前电流(I1)、电池温度(T)；根据当前电池剩余电量(SOC(t))，对比数据库中的电池标准模型，查表得到当前开路电压(OCV(SOC,T))、当前电池直流阻抗(r(SOC,T))，和当前温度系数(cf(SOC,T))；(4)根据电池历史负载数据，选择电池预测模型，处理当前电流(I1)，得到负载电流(I)；(5)根据预测器，即公式
①
，预测电池端电压(Vo)：Vo＝OCV(SOC,T)
–
I*r(SOC,T)*cf(SOC,T)
ꢀꢀꢀꢀ①
(6)根据公式
②
，计算得到电压偏差Vs：Vs＝Vol
–
Vo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
(7)对电压偏差(Vs)进行校正优化，根据公式
①
，调整电池电量预测模型的输入参数当前剩余电量(SOC(t))，对电池端电压(Vo)进行修正，使电压偏差(Vs)减小至设定阈值范围，得到校正优化后的当前剩余电量(SOC1)；(8)对校正优化后的当前剩余电量(SOC1)进行输出优化，得到最终的剩余电量(SOC)。2.根据权利要求1所述的锂电池剩余电量计量方法，其特征在于，电池标准模型包括以下数据：开路电压表(OCV(SOC,T))、电池直流阻抗表(r(SOC,T))、温度系数表(cf(SOC,T))。3.根据权利要求1所述的锂电池剩余电量计量方法，其特征在于，在步骤(4)中，当选择恒功率模型时，通过预设固定功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦继业，刘海东，
申请(专利权)人：西安恩狄集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：