CN106997028A - 一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法，属于电动汽车技术领域。包括：S1：电池管理系统实时采集电池电压V及电流I，利用安时积分法计算电池容量Q＝Q₀+∑It，则电池电压曲线可描述为V_i＝f(Q_i)，Q_i＝Q₀+i·ΔQ，Q₀表示电池初始容量，i＝0,1,2,......；S2：对实测电池充电电压曲线V_i＝f(Q_i)，采用下式计算其IC/DV曲线；S3：将局部n个数据点采用一阶函数y＝a₀+a₁x逼近，则S2的公式电压微分曲线IC/DV的求解转化为对参数a₁的求解，求解模型参数使得式中，S4：由多元函数Q(a₀,a₁)取得极值的必要条件求解a₀，a₁，得到：S5：依据对称分析法，定义局部n个数据点坐标分别为 将坐标点数值带入S4的公式中得到：S6：针对实测电池电压曲线，定义n的取值范围，并将n的最优值导入S5的式子，即可得到a₁的数值。

Description

一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及电动汽车动力电池差分电压及容量增量曲线求解。

背景技术

电池健康状态(State of Health，SOH)作为电池寿命状态衡量重要指标，其准确估计可保证电池使用安全，提高电池使用寿命。依据电池在嵌/脱锂过程中分期现象在电压曲线上的反映，一些研究者提出对实测电池充放电曲线进行微分，通过差分电压(dV/dQ-Q,DV)及容量增量(dQ/dV-V，IC)曲线特征点的变化描述电池健康状态。但前人对这些方法的研究多处于单体电池化学机理特性的研究分析阶段，未将其应用到电池组SOH的估算中。

实际采集的电压信号存在一定的噪声干扰，采用传统数值解析法求解的微分曲线存在振荡，给特征点在线辨识带来困难。通常可采用下面几种方式抑制噪声：

1)利用最小二乘法对相关数据进行多项式拟合，然后对多项式进行微分；

2)利用样条函数拟合数据，然后对样条函数进行微分；

3)对测量的数据进行傅里叶变换，例如，要计算n阶导数，可将傅里叶变换后的数据乘以(jω)ⁿ，去掉高频成分后，再进行傅里叶逆变换，得到数据的n阶导数；

4)利用多项式中心平滑公式对测试数据进行微分。

上述方法中，1)和2)要求选择多项式阶次和恰当的数据点，计算量较大，一般较少采用。一些研究者曾采用多项式拟合法求解微分曲线，但其得到的结果受制于曲线拟合阶次及拟合用的数据点数。方法3)比较有效，但是傅里叶变换及逆变换的工作量相对也较大，不适合在线应用。相对而言，方法4)中心平滑求解方法较为简单，但实际应用过程中仍需要进一步简化。为了准确获取电压微分曲线，实现电池SOH的在线估算，需要一种高鲁棒性、高效率的电池差分电压及容量增量曲线求解方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法，其技术方案如下：

电池管理系统实时采集电池电压V及电流I，利用安时积分法计算电池容量Q＝Q₀+∑It，则电池电压曲线可描述为V_i＝f(Q_i)，Q_i＝Q₀+i·ΔQ，Q₀表示电池初始容量，i＝0,1,2,......。

对实测电池充电电压曲线V_i＝f(Q_i)，可采用下式计算其IC/DV曲线。

假设局部n个数据点可用一阶函数y＝a₀+a₁x逼近，则参考式(1)电压微分曲线IC/DV的求解转化为对参数a₁的求解，求解模型参数使得式中，

由多元函数Q(a₀,a₁)取得极值的必要条件求解a₀，a₁，结果如式(2)所示：

依据对称分析法，定义局部n个数据点坐标分别为 将坐标点数值带入式(2)可知，

针对实测电池电压曲线，对n的取值范围进行讨论，结果表明n＝15时曲线振荡明显降低，能够满足实际应用要求。将n＝15导入式(3)，则可知

本发明的有益效果：

本发明的有益效果是引入了局部数据对称分析法求解电池电压微分曲线，解决了实际采集的电压信号存在一定的噪声干扰，采用传统数值解析法求解的微分曲线存在振荡的问题，并且提高了计算效率。

附图说明

图1局部数据对称分析原理。

图2不同数据点求解DV曲线；

其中(a)为n＝10时的DV曲线；(b)为n＝15时的DV曲线；(c)为n＝20时的DV曲线；(d)为n＝25时的DV曲线。

图3局部数据对称分析法求解的IC及DV曲线；

其中(a)表示n＝15时的IC曲线；(b)表示n＝15时的DV曲线。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明做进一步说明。

电池管理系统实时采集电池电压V及电流I，利用安时积分法计算电池容量Q＝Q₀+∑It，则电池电压曲线可描述为V_i＝f(Q_i)，Q_i＝Q₀+i·ΔQ，Q₀表示电池初始容量，i＝0,1,2,......。

对实测电池充电电压曲线V_i＝f(Q_i)，可采用下式计算其IC/DV曲线。

假设局部n个数据点可用一阶函数y＝a₀+a₁x逼近，则参考式(1)电压微分曲线IC/DV的求解转化为对参数a₁的求解，求解模型参数使得式中，

由多元函数Q(a₀,a₁)取得极值的必要条件求解a₀，a₁，结果如式(2)所示：

依据对称分析法，参考图1定义局部n个数据点坐标分别为 将坐标点数值带入式(2)可知，

针对实测电池电压曲线，定义n的取值范围，结果如图2所示，在n＝15时曲线振荡明显降低，能够满足实际应用要求。将n＝15导入式(3)，则可知基于此求解IC及DV曲线如图3所示，表明基于中心对称法求解的IC及DV曲线较光滑，可用于电池组SOH估算。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法，其特征在于，包括：

S1：电池管理系统实时采集电池电压V及电流I，利用安时积分法计算电池容量Q＝Q₀+∑It，则电池电压曲线可描述为V_i＝f(Q_i)，Q_i＝Q₀+i·ΔQ，i＝0,1,2,......；

S2：对实测电池充电电压曲线V_i＝f(Q_i)，采用下式计算其IC/DV曲线；

$\frac{{\mathrm{dV}}_i}{{\mathrm{dQ}}_i}=\frac{f\left(Q_{i+1}\right)-f\left(Q_i\right)}{\mathrm{\Δ}Q}$

S3：将局部n个数据点采用一阶函数y＝a₀+a₁x逼近，则S2的公式电压微分曲线IC/DV的求解转化为对参数a₁的求解，求解模型参数使得式中，

S4：由多元函数Q(a₀,a₁)取得极值的必要条件 求解a₀，a₁，得到：

$\left[\begin{array}{cc}n& \underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_k\\ \underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_k& \underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_k^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}_k\\ \underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_k{y}_k\end{array}\right]$

S5：依据对称分析法，定义局部n个数据点坐标分别为 将坐标点数值带入S4的式子得到：

$a_1=\frac{\underset{k=0}{\overset{n}{\Σ}}(-\frac{n}{2}+k)y_k}{\underset{k=0}{\overset{n}{\Σ}}{(-\frac{n}{2}+k)}^2}$

S6：针对实测电池电压曲线，定义n的取值范围，并将n的最优值导入S5的式子，即可得到a₁的数值。

2.根据权利要求1所述的一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法，其特征在于，所述n的最优值取15。

3.根据权利要求2所述的一种电池差分电压及容量增量曲线高效求解方法，其特征在于，在n＝15时：