CN103529400A

CN103529400A - 一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法

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Publication number: CN103529400A
Application number: CN201310520317.3A
Authority: CN
Inventors: 刘丹; 王启松; 刘昕; 张岩; 孙金玮; 朱春波
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-01-22

Abstract

一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法，本发明涉及电池容量预测方法。本发明是为了解决传统Peukert方程无法对温度造成的容量估计偏差进行修正的问题，而提供了一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法。步骤一、确定测试温度和放电倍率的变化范围；步骤二、在环境温度T₁下，分别进行放电倍率为I₁,I₂,......,I_m的电池放电实验；步骤三、将环境温度变更为T₂，重复步骤二，计算该温度下的Peukert方程系数p(T₂)和k(T₂)；步骤四、建立环境温度与Peukert方程系数p和k之间的对应关系；步骤五、结合上述公式，得到电池容量与温度和放电电流的函数关系。本发明应用于锂电池参数检测领域。

Description

一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法

技术领域

本发明涉及电池容量预测方法。

背景技术

容量是锂离子电池非常重要的性能指标，它表征着电池的持续放电能力，许多使用可充电电池的场合都需要确定电池的可用容量，如电池容量计，它是电动汽车必不可少的仪器，能够可靠告知使用者电池的真实容量和可能行驶的里程。因此，在许多使用电池的场合，都需要对电池容量进行监控，以防出现误判引发事故，或导致电池使用不当，缩短电池使用寿命，甚至产生安全隐患。

锂电池的容量受环境和充放电制度的影响很大，因此，必须综合考虑这些因素，才能准确地预判电池的容量。Peukert经验公式是一种被广泛采纳的电池容量估计方法，该方法能对电流倍率的影响进行修正，实现任意电流下的电池可用容量的估计。但是，Peukert方程仅考虑了充放电制度对电池容量的影响，没有考虑电池的放电环境，尤其是环境温度的影响因素，因此，传统Peukert方程无法对温度造成的容量估计偏差进行修正。

发明内容

本发明是为了解决传统Peukert方程无法对温度造成的容量估计偏差进行修正的问题，而提供了一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法。

具有温度自适应补偿的电池容量预测方法按以下步骤实现：

步骤一、依据待测电池的实际使用需要，确定测试温度和放电倍率的变化范围；其中，所述测试温度变化范围为[-10℃,40℃]，放电倍率变化范围为[0.3C,3.6C]；

步骤二、在环境温度T₁下，分别进行放电倍率为I₁,I₂,......,I_m的电池放电实验，充电实验采用统一的恒流充电标准，记录每个循环的放电电量，作为电池的实际可用容量，将放电倍率I₁下的电池可用容量Q₁₁和放电倍率I_m下的电池可用容量Q_1m，代入Peukert方程

Q=kI^(1-p)

其中，I为电池放电倍率，Q为在该放电倍率下的电池可用容量，k和p为Peukert方程的系数，并均为环境温度T的函数,代入结果为

\{\begin{matrix} Q_{11} = k (T_{1}) I^{(1 - p (T_{1}))} \\ Q_{1 m} = k (T_{m}) I^{(1 - p (T_{1}))} \end{matrix}

由此方程组，可以解出环境温度为T₁的系数p(T₁)和k(T₁)；

步骤三、将环境温度变更为T₂，重复步骤二，计算该温度下的Peukert方程系数p(T₂)和k(T₂)；依此类推，直至环境温度T_n为止，最终得到各温度条件下的Peukert方程系数：p(T₁),p(T₂),......,p(T_n)和k(T₁),k(T₂),......,k(T_m)；

步骤四、根据Peukert方程系数p(T₁),p(T₂),......,p(T_n)和k(T₁),k(T₂),......,k(T_m)，利用最小二乘多项式拟合方法，建立环境温度与Peukert方程系数p和k之间的对应关系：

p(T)=a₁T⁴+a₂T³+a₃T²+a₄T+a₅

k(T)=b₁T³+b₂T²+b₃T+b₄

其中，a₁、a₂、a₃、a₄与a₅为系数p的最小二乘拟合系数，b₁、b₂、b₃与b₄为系数k的最小二乘拟合系数，多项式的拟合阶数直接决定了系数p和k的拟合精度；

步骤五、结合上述公式，得到电池容量与温度和放电电流的函数关系：

Q (T, I) = (b_{1} T^{3} + b_{2} T^{2} + b_{3} T + b_{4}) I^{(a_{1} T^{4} + a_{2} T^{3} + a_{3} T^{2} + a_{4} T + a_{5})}

此函数即为电池容量的最小二乘Peukert方程。

发明效果：

本发明提供的一种基于最小二乘Peukert方程的电池容量预测方法，通过温度自适应补偿，达到提高电池容量估算精度的目的。

本发明综合考虑放电电流倍率和环境温度对电池容量的影响，在传统Peukert方程的基础上，进行了温度自适应补偿，提高了恒流放电工况下电池可用容量的估计准确度。

本发明提出了的基于最小二乘Peukert方程的锂离子电池容量估计方法，其特点表现在：该方法能够反应出电池容量随环境温度和充放电电流倍率变化而变化的规律，在Peukert经验公式和最小二乘法的基础上，能够准确地拟合电池容量与温度以及电流倍率的函数关系。

本发明的优点是：不再将Peukert方程的系数视为常数，而是将其作为环境温度的函数，即通过动态修正Peukert方程的方式，达到温度自适应补偿的目的。该方法继承了传统Peukert方程的小样本优点，但在电池容量的估计精度上更胜一筹。

本发明的效果如图4、图5和图6所示，实验数据源于某款额定容量为1AH的磷酸铁锂电池；其中，图4为电池容量的估计结果图，图5是与之相对应的电池容量估计相对误差图，图6为细化测试点后的电池容量估计结果。由估计结果可知，最大相对误差为3.4823%，最小误差为0.1610%，可见，最小二乘Peukert电池容量估计算法的精度较高，效果较理想。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是具体实施方式一中的最小二乘Peukert方程的构建过程图；

图3是具体实施方式一中的电池容量估计流程图；

图4是具体实施方式一中的电池容量估计结果图；

图5是具体实施方式一中的电池容量估计相对误差图；

图6是具体实施方式一中的电池容量估计结果细化图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的具有温度自适应补偿的电池容量预测方法按以下步骤实现：

Q=kI^(1-p)

\{\begin{matrix} Q_{11} = k (T_{1}) I^{(1 - p (T_{1}))} \\ Q_{1 m} = k (T_{m}) I^{(1 - p (T_{1}))} \end{matrix}

由此方程组，可以解出环境温度为T₁的系数p(T₁)和k(T₁)；

p(T)=a₁T⁴+a₂T³+a₃T²+a₄T+a₅

k(T)=b₁T³+b₂T²+b₃T+b₄

Q (T, I) = (b_{1} T^{3} + b_{2} T^{2} + b_{3} T + b_{4}) I^{(a_{1} T^{4} + a_{2} T^{3} + a_{3} T^{2} + a_{4} T + a_{5})}

此函数即为电池容量的最小二乘Peukert方程。

电池的额定容量表征电池在规定的标准放电电流下所放出的电量，电池在不同温度或不同倍率下放电，所放出的实际电量，被称为电池的可用容量。

本实施方式中，Peukert经验公式

I^pt=k

描述了不同倍率的放电电流与持续放电时间的关系，其中，I为恒流放电电流，t为放电时间，p为Peukert方程系数，k为常数，由于电池容量为放电电流与放电时间的乘积，即

Q_I=It

其中，Q_I为对应于放电电流I的电池可用容量。结合式以上两式，能够得到

Q_I=kI^(1-p)

该式描述了恒流放电的电流倍率制约着电池的实际放电容量，因此，利用Peukert方程可以在相同实验条件下，估计任意电流倍率所对应的电池容量。

传统的Perkert方程仅建立了电流与可用容量之间的关系，并没有考虑环境温度的影响。该方程仅适用于训练样本所对应的环境温度，对其它环境温度下的电池容量预测，将产生较大误差。为了进一步建立温度与电池可用容量之间的函数关系，以补偿温度的影响，提高经验公式的普适性，为此，本发明提出了基于最小二乘Peukert方程的电池容量估计方法，该方法进一步建立了温度与电池可用容量之间的函数关系，能够有效提高经验公式的实用性。该方法在不同环境温度T下，进行各倍率的电池放电实验，记录实验数据，并依次Peukert方程系数p和k，根据最小二乘法，建立p与T，以及k与T的拟合方程，并最终联合建立电池容量与放电倍率、温度之间的函数关系。该方法的实现流程以及最小二乘Peukert方程的构建过程如图2所示。

设置测试温度梯度T=(T₁,T₂,......,T_n)和放电倍率梯度I=(I₁,I₂,......,I_m)，测试温度梯度和电流倍率梯度的设定要权衡计算复杂度和估计精度；其中，所述梯度越密，实验周期越长，所建立的经验方程越接近实际应用，电池容量估计越准确，但计算越复杂；反之，梯度越稀疏，实验周期越短，建模所需的计算量越小，但电池容量的估计精度越低。

本实施方式效果：

本实施方式提供的一种基于最小二乘Peukert方程的电池容量预测方法，通过温度自适应补偿，达到提高电池容量估算精度的目的。

本实施方式综合考虑放电电流倍率和环境温度对电池容量的影响，在传统Peukert方程的基础上，进行了温度自适应补偿，提高了恒流放电工况下电池可用容量的估计准确度。

本实施方式提出了的基于最小二乘Peukert方程的锂离子电池容量估计方法，其特点表现在：该方法能够反应出电池容量随环境温度和充放电电流倍率变化而变化的规律，在Peukert经验公式和最小二乘法的基础上，能够准确地拟合电池容量与温度以及电流倍率的函数关系。

本实施方式的优点是：不再将Peukert方程的系数视为常数，而是将其作为环境温度的函数，即通过动态修正Peukert方程的方式，达到温度自适应补偿的目的。该方法继承了传统Peukert方程的小样本优点，但在电池容量的估计精度上更胜一筹。

本实施方式的效果如图4、图5和图6所示，实验数据源于某款额定容量为1AH的磷酸铁锂电池；其中，图4为电池容量的估计结果图，图5是与之相对应的电池容量估计相对误差图，图6为细化测试点后的电池容量估计结果。由估计结果可知，最大相对误差为3.4823%，最小误差为0.1610%，可见，最小二乘Peukert电池容量估计算法的精度较高，效果较理想。

Claims

1.一种具有温度自适应补偿的电池容量预测方法，其特征在于具有温度自适应补偿的电池容量预测方法按以下步骤实现：

Q=kI^(1-p)

\{\begin{matrix} Q_{11} = k (T_{1}) I^{(1 - p (T_{1}))} \\ Q_{1 m} = k (T_{m}) I^{(1 - p (T_{1}))} \end{matrix}

由此方程组，可以解出环境温度为T₁的系数p(T₁)和k(T₁)；

步骤三、将环境温度变更为T₂，重复步骤二，计算该温度下的Peukert方程系数p(T₂)和k(T₂)；依此类推，直至环境温度T_n为止，最终得到各温度条件下的Peukert方程系数：p(T₁),p(T₂),......,p(T_n)和k(T₁),k(T₂),.....…,k(T_m)；

p(T)=a₁T⁴+a₂T³+a₃T²+a₄T+a₅

k(T)=b₁T³+b₂T²+b₃T+b₄

Q (T, I) = (b_{1} T^{3} + b_{2} T^{2} + b_{3} T + b_{4}) I^{(a_{1} T^{4} + a_{2} T^{3} + a_{3} T^{2} + a_{4} T + a_{5})}

此函数即为电池容量的最小二乘Peukert方程。