CN108693476B - 预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池管理技术领域，公开了一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，具体步骤包括：通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；输出剩余可放电时间Tm。通过本发明提出的方法，能精确的预测在任一倍率上电池剩余放电的时间，预测过程精简，预测结果准确。

Description

预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及了一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法、装置和系统。
背景技术
目前，随着全球范围内石化能源危机和温室效应的日益加剧，以及人工智能型电器产品的大量研究开发，对电池的使用需求越来越大，对电池使用中剩余可用时间(或容量)的估算精度要求也越来越高。
众所周知，电池放电到指定电压的剩余时间(或容量)是随放电倍率(电流强度)变化的。现有的各种SoC(荷电状态)估算方法，仅能预测在标准放电倍率上的可用容量(或时间)，没有给出在任一放电倍率上的剩余可用时间(或容量)的预测。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法、装置和系统。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
本发明披露了以下技术方案：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，包括以下步骤：
通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
输出剩余可放电时间Tm。
作为一种可实施方式，所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
作为一种可实施方式，电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure BDA0001615350120000021
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。
作为一种可实施方式，所述多项式为n次多项式，表示为R(U)＝aUn+bUn-1+...+xU+y，其中，a…y的个数与n相同，a…y为多项式的常数。
作为一种可实施方式，所述常数I0、常数T0以及多项式的常数按最优拟合方法确定。
本发明还披露了以下技术方案：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间装置，包括广义安时容量确立模块、剩余放电时间计算模块、输出模块；
所述广义安时容量确立模块，用于通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
所述剩余放电时间计算模块，用于根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
所述输出模块，用于输出剩余可放电时间Tm。
作为一种可实施方式，所述剩余放电时间计算模块被设置为：
所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
作为一种可实施方式，所述剩余放电时间计算模块被设置为：
电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure BDA0001615350120000031
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。
本发明还披露了：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间系统，包括所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间的装置。
本发明还披露了：
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法的步骤。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
通过本发明提出的方法，能精确的预测在任一倍率上电池剩余放电的时间，预测过程精简，预测结果准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明的装置结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间的系统结构示意图。
标号说明：100、广义安时容量确立模块；200、剩余放电时间计算模块；300、输出模块；3、预测电池在任一倍率上剩余可放电时间装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，如图1所示，包括以下步骤：
S100、通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
S200、根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
S300、输出剩余可放电时间Tm。
本发明为：电池从充满电按任一电流强度I放电到电压U时，电流强度I与对应的已放电时间T满足等压双曲线，可以得出在已放电时间T的广义安时容量，再计算从当前电压放电到终止电压时的可剩余放电时间，预测方法简单，预测结果精确，能有效的对蓄电池进行管理。
在步骤S100中，所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
在此，如果放电时电流恒定不变，那么电流乘以时间就是容量。但实际使用时，电流是时刻变化的，并且，不同的放电电流，所放出的容量不同。本发明为了能更精确的对广义安时容量进行计算，所以采用了此实施例中的公式，(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，这样的好处是：假设100Ah的电池，以10A放电，可以放1h，但是实际上以100A放电，并不能放1h，只能放0.5h，这是因为电池以较高倍率放电时，活性物质不能完全被利用，所以，在此将广义安时容量的计算进行了修正，因为用I*T＝R是不能准确描述的。
更进一步地，电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure BDA0001615350120000051
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。广义安时容量的多项式是n次多项式，表示为R(U)＝aUn+bUn-1+...+xU+y，其中，a…y的个数与n相同，a…y为多项式的系数。也就是说，假如，此多项式为4次多项式，则R(U)＝aU4+bU3+cU2+dU+e，如果是5次多项式，则就是R(U)＝aU5+bU4+cU3+dU2+eU+f。假设此多项式为4次多项式，那么，就需要确定7个参数，即a、b、c、d、e、f、I0、T0，在计算的过程中，所述常数I0、常数T0以及多项式的系数按最优拟合方法确定，对于不同型号的电池，上述常数的值不同，但对于同型号电池，常数的值不变。
为了验证计算公式的准确度，例举以下实施例：
在实施例中，对某种电池在实验室环境下采集放电数据，然后通过数理方法对上面公式中的参数I0、T0和多项式的系数进行拟合标定，由于电池实际放电过程中只能在线测量已放电时间，所以用计算的已放电时间与实际测量的已放电时间之间的平均相对误差来检验实施效果。具体过程如下：
按10A电流强度间隔，从20A到100A采集了10组放电到1.8V的实验数据(I,U,T)。定义如下检验标准MRE：对实验数据的电压从1.8V至2.05V依次按不超过1mV的最大电压间隔提取电压采样点(如果相邻电压间隔超过1mV则都选入)，这些电压值对应的模型已放电时间与测量已放电时间的平均相对误差即为MRE。
选择所有10个电流强度的放电实验数据，按最优拟合方法确定参数I0、T0和多项式的系数，然后对每个电流强度，按公式
Figure BDA0001615350120000061
分别计算表1中从新采样的电压对应的已放电时间,再计算MRE，计算结果如实施效果表1。
选择10个电流强度中的9个对应的实验数据，按最优拟合方法确定参数I0、T0和多项式的系数，然后对剩余的一个电流强度按公式
Figure BDA0001615350120000062
计算表1中从新采样的电压对应的已放电时间,再计算MRE。共9次建模样本外测试效果如表2。
实施效果说明表：
表1全部数据建模测试误差表(建模样本内测试)：
对应电流 MRE
20A 2.136％
30A 2.577％
40A 0.903％
50A 0.775％
60A 0.756％
70A 2.719％
80A 1.911％
90A 1.154％
100A 1.589％
表2保留一组数据为测试数据建模测试误差表(建模样本外测试)：
Figure BDA0001615350120000063
Figure BDA0001615350120000071
实施例中，建模的依据是分别采了20A-100A的放电数据，所以预测放电时间也是在这个电流区间内，在电池管理技术领域内，只要误差<5％，误差就不算大，都是高精度。
本发明的技术效果就是可以实时的预测当前状态下的剩余放电时间，无论放电电流如何波动，无论当前电压处于多少，都可以准确的预测出放到规定电压Um的剩余放电时间。
本发明还披露了以下技术方案：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间装置3，包括广义安时容量确立模块100、剩余放电时间计算模块200、输出模块300；
所述广义安时容量确立模块100，用于通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
所述剩余放电时间计算模块200，用于根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
所述输出模块300，用于输出剩余可放电时间Tm。
更进一步地，所述剩余放电时间计算模块100被设置为：所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
更进一步地，所述剩余放电时间计算模块200被设置为：电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure BDA0001615350120000081
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。
本发明还披露了：
一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间的系统，包括所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间的装置。
本发明还披露了：
一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法的步骤。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是：
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
输出剩余可放电时间Tm；
所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
2.根据权利要求1所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，其特征在于，电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure FDA0002436460600000011
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。
3.根据权利要求1或2所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，其特征在于，所述多项式为n次多项式，表示为R(U)＝aUn+bUn-1+...+xU+y，其中，a…y的个数与n相同，a…y为多项式的常数。
4.根据权利要求1所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法，其特征在于，所述参数I0、参数T0以及多项式的系数按最优拟合方法确定。
5.一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间装置，其特征在于，包括广义安时容量确立模块、剩余放电时间计算模块、输出模块；
所述广义安时容量确立模块，用于通过电流强度I和电池满电态放电到电压U的已放电时间T定义已放电电压具有的广义安时容量R(U)，并确立广义安时容量的参数值；
所述剩余放电时间计算模块，用于根据当前时刻电压的广义安时容量R(U)和终止电压具有的广义安时容量R(Um)以及电流强度I，并结合广义安时容量的参数值，调用剩余可放电时间计算公式，对剩余可放电时间Tm进行计算；
所述输出模块，用于输出剩余可放电时间Tm；
所述剩余放电时间计算模块被设置为：
所述广义安时容量被定义为：(I+I0)*(T+T0)＝R(U)，其中，I为电流强度，T为电池从满电态放电到电压U的已放电时间，I0和T0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数，R(U)表示电池从满电态放电到电压U时的已放电压的广义安时容量，并且R(U)为电压U的多项式。
6.根据权利要求5所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间装置，其特征在于，所述剩余放电时间计算模块被设置为：
电池在任一电流强度I上放电到电压Um时的可用剩余放电时间Tm为：
Figure FDA0002436460600000021
其中，Tm表示剩余放电时间，R(Um)表示放电到终止电压Um具有的安时容量并且R(Um)表示为与剩余电压Um有关的多项式，R(U)表示放电到的安时容量，I为电流强度，I0为不依赖于电流强度I、电压U和已放电时间T的常数。
7.一种预测电池在任一倍率上剩余可放电时间系统，其特征在于，包括权利要求5或6所述的预测电池在任一倍率上剩余可放电时间的装置。
8.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4任意一项所述预测电池在任一倍率上剩余可放电时间方法的步骤。
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