发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种电池等效模型参数确定方法及装置,能够确定电池等效模型的各个参数,具体方案如下:
第一方面,本发明提供的电池等效模型参数确定方法,包括:
获取目标电池在同一充/放电过程中的电流-时间曲线和电压-时间曲线;
根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池的实测电压起始值,其中,所述实测电压起始值为所述目标电池的电流自稳定的充/放电电流值首次达到零值时所对应的电压值;
调整所述实测电压起始值,得到修正电压起始值;
根据所述修正电压起始值,构建所述目标电池的RC电路等效模型方程组;
求解所述RC电路等效模型方程组,得到所述目标电池的等效模型参数。
可选的,所述调整所述实测电压起始值,得到修正电压起始值,包括:
计算所述实测电压起始值与预设电压偏差值之差,得到修正电压起始值。
可选的,得到所述预设电压偏差值的过程包括:
计算得到与所述实测电压起始值对应的理论电压起始值;
计算所述理论电压起始值与所述实测电压起始值之差,得到所述预设电压偏差值。
可选的,所述计算得到与所述实测电压起始值对应的理论电压起始值,包括:
根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池的第一输出电压以及欧姆内阻,其中,所述第一输出电压为所述目标电池在充/放电电流变化至预设电流阈值时所对应的输出电压;
计算所述稳定的充/放电电流值与所述欧姆内阻的乘积,得到内阻压降;
计算所述第一输出电压与所述内阻压降的差值,得到理论电压起始值。
可选的,所述根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池的欧姆内阻,包括:
根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池在充/放电过程开始前的开路电压;
计算所述开路电压与第二输出电压的差值,得到第一差值,其中,所述第二输出电压为所述目标电池在充/放电电流首次达到所述稳定的充/放电电流值时所对应的输出电压;
计算所述第一差值与所述稳定的充/放电电流值的商,得到所述欧姆内阻。
可选的,所述根据所述修正电压起始值,构建所述目标电池的RC电路等效模型方程组,包括:
构建第一方程,其中,所述第一方程描述所述目标电池的电压自所述开路电压变化至所述第一输出电压的过程;
结合所述修正电压起始值,构建第二方程,其中,所述第二方程描述所述目标电池的电压自所述修正电压起始值变化至稳定恒值的过程;
组合所述第一方程和所述第二方程,得到所述目标电池的RC电路等效模型方程组。
可选的,所述求解所述RC电路等效模型方程组,得到所述目标电池的等效模型参数,包括:
求解所述第一方程,得到第一参数组,其中,所述第一参数组中包括第一数量的等效内阻值,以及第一数量的等效电容值;
求解所述第二方程,得到第二参数组,其中,所述第二参数组中包括第二数量的等效内阻值,以及第二数量的等效电容值;
基于最小二乘法,拟合所述第一参数组和所述第二参数组,得到所述目标电池的等效模型参数。
可选的,所述根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池在充/放电过程开始前的开路电压,包括:
根据所述电流-时间曲线,确定所述目标电池的充/放电电流由零值开始变化的前一时刻;
根据所述电压-时间曲线,确定所述前一时刻对应的电压值为所述目标电池的开路电压。
第二方面、本发明提供一种电池等效模型参数确定装置,包括:
获取单元,用于获取目标电池在同一充/放电过程中的电流-时间曲线和电压-时间曲线;
确定单元,用于根据所述电流-时间曲线和所述电压-时间曲线,确定所述目标电池的实测电压起始值,其中,所述实测电压起始值为所述目标电池的电流自稳定的充/放电电流值首次达到零值时所对应的电压值;
修正单元,用于调整所述实测电压起始值,得到修正电压起始值;
构建单元,用于根据所述修正电压起始值,构建所述目标电池的RC电路等效模型方程组;
求解单元,用于求解所述RC电路等效模型方程组,得到所述目标电池的等效模型参数。
可选的,所述修正单元,用于调整所述实测电压起始值,得到修正电压起始值时,具体包括:
计算所述实测电压起始值与预设电压偏差值之差,得到修正电压起始值。
基于上述技术方案,本发明提供的电池等效模型参数确定方法及装置,获取目标电池在同一充电过程中或同一放电过程中的电流-时间曲线和电压-时间曲线,根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池的实测电压起始值,调整所得实测电压起始值,得到修正电压起始值,根据修正电压起始值,构建目标电池的RC电路等效模型方程组,在得到等效模型方程组后,求解所得RC电路等效模型方程组,得到目标电池的等效模型参数。通过本发明提供的电池等效模型参数确定方法,在现有技术基础上,对目标电池在电流自稳定的充/放电电流值首次达到零值时所对应的实测电压起始值进行修正,得到修正电压起始值,结合所得修正电压起始值构建方程组,进而得到电池等效模型的参数,以使利用所得参数构建的等效模型更接近电池的实际特性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法的流程图,该方法可应用于电子设备,该电子设备可选如笔记本电脑、掌上电脑、PC(个人计算机)等具有数据处理能力的电子设备,显然,该电子设备在某些情况下也可选用网络侧的服务器实现;参照图1,本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法可以包括:
步骤S100,获取目标电池在同一充/放电过程中的电流-时间曲线和电压-时间曲线。
为保证试验数据的准确性和有效性,目标电池的电流-时间曲线和电压-时间曲线应该属于同一充电过程或者同一放电过程,并且所获取曲线的内容应该能够体现目标电池在充电过程中或放电过程中的所有变化过程。进一步的,由于电池在不同的SOC(State ofCharge,荷电状态)值以及不同的环境温度下会表现出不同的特性,因此,在获取目标电池的电流-时间曲线和电压-时间曲线时,应该是在任一确定的SOC值和确定的环境温度下进行的。相应的,采用本发明实施例提供的方法确定的目标电池的等效模型参数,也应该应用于该确定的SOC值和环境温度的场景中。
目标的电池的电流-时间曲线和电压-时间曲线可以通过现有技术中的试验手段获取得到,本发明实施例对获取电流-时间曲线和电压-时间曲线的具体方式不做限定。可选的,可以选用HPPC(Hybrid PulsePower Characteristic,混合动力脉冲能力特性)测试获取目标电池的试验数据。
步骤S110,根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池的实测电压起始值。
可选的,参见图3和图4,图3是本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法中放电过程的电流-时间曲线,图4是本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法中放电过程的电压-时间曲线,如前所述,图3所示的电流-时间曲线和图4所示的电压-时间曲线是目标电池在确定的SOC值和确定的环境温度下表现出来的试验特性。需要说明的是,对于同一电池而言,其在确定的SOC值和环境温度下,充电过程和放电过程所对应的电流-时间曲线电流值的变化趋势相同,符号相反,因此,充电过程和放电过程所对应的电压-时间曲线也是相反的。下面所述实施例均以图3和图4所示目标电池的放电过程进行说明,充电过程的变化趋势同理可得。
可选的,为便于描述本发明实施例所提供的电池等效模型参数确定方法,可以结合图3和图4所示内容,将目标电池的放电过程划分为三个阶段,分别为放电阶段、电流变化阶段和电压恢复阶段。
参见图3,确定目标电池在放电试验开始后,放电电流首次由零值开始发生变化的时刻为放电开始时间Tstart,随着试验进程推进,目标电池的放电电流的绝对值将逐渐增大并最终稳定为某一稳定的放电电流值,进一步的,将目标电池的放电电流变化至预设电流阈值时所对应的时间标记为放电结束时间Tend。例如,将目标电池的稳定的放电电流值的十分之一作为该预设电流阈值,将目标电池的放电电流变化至该预设电流阈值所对应的时刻,作为放电的结束时间Tend。相应的,可以同步的在图4所示的电压-时间曲线中确定对应的曲线区间,自放电开始时间Tstart至放电结束时间Tend,即为目标电池的放电阶段。
可选的,前述放电开始时间Tstart(即目标电池的放电电流由零值开始变化的时刻)的前一时刻(即对应最后一个电流为零值的时刻)在电压-时间曲线上所对应读取到的电压值,即为目标电池的开路电压,如图4所示,可以将开路电压标记为Voc。
进一步的,目标电池的放电电流自前述稳定的放电电流值逐渐变化,最终会达到零值。参见图3,将目标电池的放电电流自稳定的放电电流值首次达到零值时所对应的时刻,标记为Th。相应的,在图4所示的电压-时间曲线中,与Th相对应的电压值即为目标电池的实测电压起始值Vh;在目标电池的放电电流变为零值之后,目标电池的输出电压会存在一个逐渐升高的过程,并在持续变化一定时间之后趋于稳定,可选的,可以将目标电池在经历放电过程之后,放电电流变化为零值,且输出电压稳定不变的时刻定义为目标电池放电过程的结束时刻(图中未示出),将目标电池的放电电流自稳定的充/放电电流值首次达到零值时所对应的时刻(即Th)至该结束时刻所对应的阶段,定义为电压恢复阶段,相应的,该结束时刻所对应的目标电池的输出电压即为电压恢复阶段的终点电压值(图中未示出)。
相应的,放电阶段与电压恢复阶段中间的曲线,即为目标电池在任一放电过程中的电流变化阶段。
基于上述阶段划分,可以结合图3所示的电流-时间曲线和图4所示的电压-时间曲线获取得到目标电池的实测电压起始值。
步骤S120,调整实测电压起始值,得到修正电压起始值。
在理论计算以及现有技术中,通常认为目标电池在经历充/放电阶段之后,充/放电电流会瞬间变为零值,目标电池的输出电压会出现一个阶跃的变化量,该阶跃的变化量的大小取决于目标电池的欧姆内阻以及充/放电阶段中目标电池稳定的充/放电电流值的大小。而发明人研究发现,目标电池在经历充/放电阶段之后,受电池自身特性的影响,充/放电电流并不会在瞬间变为零值,而是存在一个短暂的变化过程(即前述电流变化阶段),该变化过程会导致目标电池在电压恢复阶段中电压的变化过程相对缓慢,在通过试验手段获取得到的电压曲线上,会表现出一定的斜率。
由于现有技术手段中,并未考虑该斜率对等效模型参数确定结果的影响,导致得到的电池等效模型参数存在较大误差,进而导致根据电池等效模型拟合的目标电池特性曲线与实测曲线存在较大偏差,参见图5,图5是采用现有技术手段得到的电池等效模型的拟合曲线与实测曲线的对比图,可以看出,在电压恢复阶段,拟合曲线与实测曲线存在着较大的偏差,难以满足使用要求。
基于上述情况,本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法,在现有技术的基础上,调整目标电池的实测电压起始值,得到修正电压起始值,从而削弱前述电流变化斜率对等效模型参数的影响,确保构建的等效模型更接近电池的实际特性。
可选的,可以预设电压偏差值,用实测电压起始值减去该预设电压偏差值,所得之差即为修正电压起始值。可以想到的是,调整实测电压起始值,最终目的是削弱前述电流变化斜率对电压-时间曲线中电压恢复阶段变化趋势的影响,实现电压恢复阶段的向下平移,使得拟合曲线与实测曲线更加贴合。
可选的,对于预设电压偏差值的选取,可以采用多种方法得到,比如可以通过多次充/放电试验,确定预设电压偏差值的大小,或者,还可以通过逐一赋值的方法确定预设电压偏差值。需要说明的是,任何通过设置预设电压偏差值,对实测电压起始值进行修正的方法,都属于本发明实施例保护的范围。
可选的,本发明实施例提供一种得到前述预设电压偏差值的方法,具体如下:
首先,需要计算得到与实测电压起始值对应的理论电压起始值。在计算理论电压起始值的过程中,主要涉及三个变量(以图3和图4所示的目标电池放电过程为例):目标电池在放电电流变化至预设电流阈值时所对应的第一输出电压(即Tend时刻所对应的放电阶段的最终电压,在图4中以Vs表示)、目标电池稳定的放电电流值,以及目标电池的欧姆内阻。
具体的,可以结合图3所示的电流-时间曲线和图4所示的电压-时间曲线确定目标电池的第一输出电压Vs,在读取得到第一输出电压Vs之后,可以进一步计算稳定的放电电流值与欧姆内阻的乘积,得到目标电池的内阻压降;用第一输出电压减去目标电池的内阻压降,所得之差即为目标电池的理论电压起始值。如式(1)所示:
Vh0=Vs-I*Re (1)
其中,Vh0表示目标电池的理论电压起始值;
I表示目标电池稳定的充/放电电流值;
Re表示目标电池的欧姆内阻。
可选的,对于目标电池的欧姆内阻,同样可以根据目标电池的电流-时间曲线和电压-时间曲线确定得到。在目标电池自Tstart开始放电后,放电流由零值逐渐变化为稳定的放电电流值,根据图3所示的电流-时间曲线可以确定目标电池在放电电流首次达到稳定的放电电流值时所对应的时刻,同时,可以在图4所示的电压-时间曲线中确定同一时刻所对应的目标电池的第二输出电压,用前述所得目标电池开路电压减去该第二输出电压,所得之差除以稳定的放电电流值,所得结果即为目标电池的欧姆内阻。
其次,在得到目标电池的理论电压起始值之后,即可计算理论电压起始值与实测电压起始值之差,所得结果即为预设电压偏差值。
可以想到的是,本发明实施例在计算预设电压偏差值的过程中,一并确定了开路电压和欧姆内阻,所得参数可以直接作为电池等效模型的参数。
步骤S130,根据修正电压起始值,构建目标电池的RC电路等效模型方程组。
在得到修正电压起始值之后,即可构建目标电池的RC电路等效模型方程组。
可选的,根据电路理论,同时基于前述对目标电池充/放电过程划分的三个阶段,可以采用分段方程的方式构建目标电池的RC电路等效模型方程组。
具体的,构建描述目标电池的电压自开路电压变化至第一输出电压的过程的第一方程,如公式(2)所示:
其中,Vbat表示目标电池的输出电压;
Rni表示第i阶待识别的电阻参数;
N表示RC等效模型的阶数;
t表示时间;
τi表示第i阶的时间常数,τi=Rni*Cni,Cni表示第i阶待识别电容参数;
其余未标注参数的含义与前述内容相同,此处不再赘述。
在得到第一方程后,需要进一步结合修正电压起始值构建第二方程,第二方程描述目标电池的电压自修正电压起始值变化至稳定恒值的过程,具体的,第二方程可以如公式(3)所示:
其中,Vm表示目标电池在电压恢复阶段的终点电压值;
Vh表示实测电压起始值;
α表示预设电压偏差值;
其余未标注参数的含义与前述内容相同,此处不再赘述。
在得到第一方程和第二方程后,将二者组合即可得到目标电池的RC电路等效模型方程组,通过该方程组即可描述目标电池在充/放电过程中所表现的完整的外特性,并进一步可以得到等效模型中的各个待确定参数的具体取值情况,如公式(4)所示。
上述方程组中各参数含义与前述内容相同,此处不再赘述。可以想到的是,上述方程组中,并未描述前述电流变化阶段,仅包括充/放电阶段和电压恢复阶段。
步骤S140,求解RC电路等效模型方程组,得到目标电池的等效模型参数。
在得到目标电池的RC电路等效模型方程组之后,求解所得方程组,即可得到目标电池的等效模型参数。
具体的,求解第一方程,可以得到包括第一数量的等效内阻值和第一数量的等效电容值的第一参数组;求解第二方程,可以得到包括第二数量的等效内阻值以及第二数量的等效电容值的第二参数组。
对于任一确定的RC电路等效模型而言,其包括的等效电容以及等效电阻的数量是确定的,并且不可能出现一个等效电阻对应多个电阻值或一个等效电容对应多个电容值的情况,因此,在求得第一参数组和第二参数组之后,还需要对第一参数组和第二参数组进行拟合,得到唯一确定的等效参数。
可选的,可以基于最小二乘法,拟合前述第一参数组和第二参数组,最终得到目标电池的等效模型参数,完成目标电池等效模型的构建。
综上所述,本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法,在现有技术的基础上,考虑电流变化阶段对参数确定结果的影响,通过调整实测电压起始值,得到修正电压起始值,并结合修正电压起始值构建等效模型方程组,使最终确定得到的等效模型参数更接近电池的实际特性,满足实际使用的需求。
下面对本发明实施例提供的电池等效模型参数确定装置进行介绍,下文描述的电池等效模型参数确定装置可以认为是为实现本发明实施例提供的电池等效模型参数确定方法,在中央设备,如CPU等数据处理器,中需设置的功能模块架构;下文描述内容可与上文相互参照。
参见图6,图6是本发明实施例提供的电池等效模型参数确定装置的结构框图,本发明实施例提供的装置包括:
获取单元10,用于获取目标电池在同一充/放电过程中的电流-时间曲线和电压-时间曲线;
确定单元20,用于根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池的实测电压起始值,其中,实测电压起始值为目标电池的电流自稳定的充/放电电流值首次达到零值时所对应的电压值;
修正单元30,用于调整实测电压起始值,得到修正电压起始值;
构建单元40,用于根据修正电压起始值,构建目标电池的RC电路等效模型方程组;
求解单元50,用于求解RC电路等效模型方程组,得到目标电池的等效模型参数。
可选的,修正单元30,用于调整实测电压起始值,得到修正电压起始值时,具体包括:
计算实测电压起始值与预设电压偏差值之差,得到修正电压起始值。
可选的,修正单元30,用于得到预设电压偏差值的过程,具体包括:
计算得到与实测电压起始值对应的理论电压起始值;
计算理论电压起始值与实测电压起始值之差,得到预设电压偏差值。
可选的,修正单元30用于计算得到与实测电压起始值对应的理论电压起始值时,具体包括:
根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池的第一输出电压以及欧姆内阻,其中,第一输出电压为目标电池在充/放电电流变化至预设电流阈值时所对应的输出电压;
计算稳定的充/放电电流值与欧姆内阻的乘积,得到内阻压降;
计算第一输出电压与内阻压降的差值,得到理论电压起始值。
可选的,修正单元30用于根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池的欧姆内阻时,具体包括:
根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池在充/放电过程开始前的开路电压;
计算开路电压与第二输出电压的差值,得到第一差值,其中,第二输出电压为目标电池在充/放电电流首次达到稳定的充/放电电流值时所对应的输出电压;
计算第一差值与稳定的充/放电电流值的商,得到欧姆内阻。
可选的,修正单元30用于根据电流-时间曲线和电压-时间曲线,确定目标电池在充/放电过程开始前的开路电压时,具体包括:
根据电流-时间曲线,确定目标电池的充/放电电流由零值开始变化的前一时刻;
根据电压-时间曲线,确定前一时刻对应的电压值为目标电池的开路电压。
可选的,构建单元40用于根据修正电压起始值,构建目标电池的RC电路等效模型方程组时,具体包括:
构建第一方程,其中,第一方程描述目标电池的电压自开路电压变化至第一输出电压的过程;
结合修正电压起始值,构建第二方程,其中,第二方程描述目标电池的电压自修正电压起始值变化至稳定恒值的过程;
组合第一方程和第二方程,得到目标电池的RC电路等效模型方程组。
可选的,求解单元50,用于求解RC电路等效模型方程组,得到目标电池的等效模型参数时,具体包括:
求解第一方程,得到第一参数组,其中,第一参数组中包括第一数量的等效内阻值,以及第一数量的等效电容值;
求解第二方程,得到第二参数组,其中,第二参数组中包括第二数量的等效内阻值,以及第二数量的等效电容值;
基于最小二乘法,拟合第一参数组和第二参数组,得到目标电池的等效模型参数。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。