CN110297185A - 一种新能源汽车电池参数动态监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车电池参数动态监测系统，涉及电池系统领域，包括数据采集模块，用于连续间隔采集新能源汽车电池模型的工作数据，构建待辨识抽样矩阵；数据构建模块，用于确定输出数据列为以及输入矩阵；第一判断求解模块，用于响应于k满足：1≤e1≤k≤e2，辨识参数的求解满足：第二判断求解模块，用于响应于k满足：e2≤k，求解在保留首项的情况下增加新项后的估计值，求解去掉所述首项后的估计值；模型参数获得模块，用于求解获得新能源汽车电池等效电路模型中的浓差极化内阻、浓差极化电容，电化学极化内阻，电化学极化电容。本发明通过第一判断求解模块和第二判断求解模块求解，所获得的参数估计精度越较高，增强辨识准确度。

Description

一种新能源汽车电池参数动态监测系统
技术领域
本发明涉及电池系统领域，特别是涉及一种新能源汽车电池参数动态监测系统。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车；新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。
电池管理一直都是电动汽车关键技术研究的一个重点和难点，对于大功率电池组尤甚。电池管理系统的研究目标是优化、提高驱动和提高电池能量利用效率，并尽可能延长动力电池组的使用寿命。
由于电池在充电和放电是一个复杂的时变系统，随着系统的工作运行，处理数据量越来越大，极大地增大了处理数据的所需要的计算机处理能力，使得数据处理速度变慢或处理数据成本提高。采用传统遗忘因子加权进行最小二乘法的递推，并不能完全将旧数据的影响完全清除，使得较久远的故障数据等不能完全清除，影响现有状态数据的精确度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源汽车电池参数动态监测系统，旨在优化电池电路模型参数估计求解，仅保留最近的数据并进行参数辨识，提高系统参数估计的求解速度，提高了求解的精确度和实用性。
为实现上述目的，本发明提供了一种新能源汽车电池参数动态监测系统，所述系统包括：
数据采集模块，用于连续间隔采集所述新能源汽车电池模型的工作数据，构建待辨识抽样矩阵；所述工作数据包括所述开路电压Vb(k)、所述实测电压V(k)以及所述工作电流I(k)；所述k为正整数；
数据构建模块，用于确定输出数据列为Y(k)以及输入矩阵Φ(k)；所述Y(k)＝(y(1) y(2) … y(k))T，所述y(k)＝Vb(k)-V(k)；所述所述
第一判断求解模块，用于响应于所述k满足：1≤e1≤k≤e2，则辨识参数的求解满足：所述e1、e2为预设正整数，其中所述辨识参数η(k)＝(p1 p2 p3p4 p5)T；
第二判断求解模块，用于响应于所述k满足：e2≤k，则求解η(k-1)在保留首项的情况下增加新项[Φk Yk]后η(k remain_first)的估计值求解η(k remain_first)去掉所述首项后η(k)的估计值其中，
所述满足：
所述满足：
G为单位矩阵；
模型参数获得模块，用于根据所述待辨识参数获得值以及求解获得新能源汽车电池等效电路模型中的浓差极化内阻R1、浓差极化电容C1，电化学极化内阻R2，电化学极化电容C2；其中所述T为采样周期，所述Ri为所述电池的欧姆内阻。
在一具体实施方式中，所述数据采集模块的采样频率为100HZ-500HZ。
在一具体实施方式中，在所述第二判断求解模块中，初始值 满足：
在一具体实施方式中，所述新能源汽车电池等效电路模型满足如下关系：
所述s为拉氏因子。
本发明的有益效果是：在本发明中，通过限定电池系统的数据项数，保持数据上限为e2项，当数据量少于上限则直接求解参数的估计值，当数据量超过上限，对前项数据进行剔除，使得计算处理量变少；同时，由于电池系统是一个渐变系统，距离当前时间节点越远的数据准确性越低，将距离当前时刻的较远的数据进行剔除，有效提高系统精度。此外，通过第一判断求解模块和第二判断求解模块求解，所获得的参数估计精度越较高，增强辨识准确度。本发明与采用传统遗忘因子加权进行最小二乘法的递推相比，能够将较久远的故障数据进行清楚，能够将旧数据的影响清除，降低旧数据对现有状态数据的影响，提高精确度。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的新能源汽车电池等效电路图；
图2是本发明一具体实施方式的一种新能源汽车电池参数动态监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
由图1可得新能源汽车电池等效电路模型为：
其中，Vb为所述电池的开路电压，Ri为所述电池的欧姆内阻，V为所述电池的实测电压，I为所述电池的工作电流，R1为浓差极化内阻、C1为浓差极化电容，R2为电化学极化内阻，C2为电化学极化电容；R1和C1用于描述扩散现象，R2和C2用于描述所述电池双电层部分的荷电变化；
令时间常数τ1＝R1C1，τ2＝R2C2；将τ1＝R1C1，τ2＝R2C2代入式(1)中，可得：
τ1τ2Vbs2+(τ1+τ2)Vbs＝τ1τ2RiIs2+[R1τ2+R2τ1+Ri(τ1+τ2)]Is+(R1+R2+Ri)I+τ1τ2Vs2+(τ1+τ2)Vs+V (2)
设a＝τ1τ2，b＝τ1+τ2，c＝R1+R2+Ri，d＝R1τ2+R2τ1+Ri(τ1+τ2)；
则式(2)中可以化简如下；
aVbs2+bVbs＝aRiIs2+dIs+cI+τ1τ2Vs2+bVs+V (3)；
将代入式(3)中进行离散化处理，其中T为采样时间，整理可得到：
即
Vb(k)-V(k)＝p1[V(k-1)-Vb(k-1)]+p2[V(k-2)-Vb(k-2)]+p3I(k)+p4I(k-1)+p5I(k-2) (5)
式(5)中，
则η(k)＝(p1 p2 p3 p4 p5)T作为直接辨识参数；
常规而言，通过最小二乘法，可得：
在本发明的递推计算过程中，为了保持数据长度，在增加新数据的同时也将最远久的原数据。
当[Φk-1 Yk-1]T新增加一组数据时，则增加后的数据满足：
对上述数据进一步减少首行即也是数据[Φk-1 Yk-1]T首行，则修改后数据[Φk Yk]T满足：
其中，假定数据保留长度为e2，则数据[Φk-1,Yk-1]T的首项序号g＝k-e2；
将式子(7)-(8)分别代入式(6)可得：
对式(9)运算求解可得：
对式(10)运算求解可得：
继续化简可得：
G为单位矩阵；
在本发明中，通过新能源电池的数据项数，保持数据上限为e2项，当数据量少于上限则直接求解参数的估计值，当数据量超过上限，则增加新项并删除首项保持数据长度。
一方面，对前项数据进行剔除，使得计算处理量变少，同时，由于电池系统是一个渐变系统，距离当前时间节点越远的数据准确性越低，将距离当前时刻的较远的数据进行剔除，有效提高系统精度。此外，通过公式两步求解，所获得的参数估计精度越较高，增强参数估计准确度。
具体而言，如图2所示，在本发明第一实例中，提供一种新能源汽车电池参数动态监测系统，所述系统包括：
数据采集模块100，用于连续间隔采集所述新能源汽车电池模型的工作数据，构建待辨识抽样矩阵；所述工作数据包括所述开路电压Vb(k)、所述实测电压V(k)以及所述工作电流I(k)；所述k为正整数；
数据构建模块200，用于确定输出数据列为Y(k)以及输入矩阵Φ(k)；所述Y(k)＝(y(1) y(2) …y(k))T，所述y(k)＝Vb(k)-V(k)；所述所述
第一判断求解模块300，用于响应于所述k满足：1≤e1≤k≤e2，则辨识参数的求解满足：所述e1、e2为预设正整数，其中所述辨识参数η(k)＝(p1 p2 p3 p4 p5)T；
第二判断求解模块400，用于响应于所述k满足：e2≤k，则求解η(k-1)在保留首项的情况下增加新项[Φk Yk]后η(k remain_first)的估计值求解η(k remain_first)去掉所述首项后η(k)的估计值其中，
所述满足：
所述满足：
G为单位矩阵；
模型参数获得模块500，用于根据所述待辨识参数获得值以及求解获得新能源汽车电池等效电路模型中的浓差极化内阻R1、浓差极化电容C1，电化学极化内阻R2，电化学极化电容C2；其中所述T为采样周期，所述Ri为所述电池的欧姆内阻。
在本实施例中，所述数据采集模块的采样频率为100HZ-500HZ。
在本实施例中，在所述第二判断求解模块400中，初始值 满足：
在本实施例中，所述新能源汽车电池等效电路模型满足如下关系：
所述s为拉氏因子。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种新能源汽车电池参数动态监测系统，其特征在于，所述系统包括：
数据采集模块，用于连续间隔采集所述新能源汽车电池模型的工作数据，构建待辨识抽样矩阵；所述工作数据包括所述开路电压Vb(k)、所述实测电压V(k)以及所述工作电流I(k)；所述k为正整数；
数据构建模块，用于确定输出数据列为Y(k)以及输入矩阵Φ(k)；所述Y(k)＝(y(1) y(2)…y(k))T，所述y(k)＝Vb(k)-V(k)；所述所述
第一判断求解模块，用于响应于所述k满足：1≤e1≤k≤e2，则辨识参数的求解满足：所述e1、e2为预设正整数，其中所述辨识参数η(k)＝(p1 p2 p3 p4p5)T；
第二判断求解模块，用于响应于所述k满足：e2≤k，则求解η(k-1)在保留首项的情况下增加新项[Φk Yk]后η(k remain_first)的估计值求解η(k remain_first)去掉所述首项后η(k)的估计值其中，
所述满足：
所述满足：
G为单位矩阵；
模型参数获得模块，用于根据所述待辨识参数获得值以及求解获得新能源汽车电池等效电路模型中的浓差极化内阻R1、浓差极化电容C1，电化学极化内阻R2，电化学极化电容C2；其中所述T为采样周期，所述Ri为所述电池的欧姆内阻。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池参数动态监测系统，其特征在于，所述数据采集模块的采样频率为100HZ-500HZ。
3.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池参数动态监测系统，其特征在于，在所述第二判断求解模块中，初始值 满足：
4.如权利要求1所述的一种新能源汽车电池参数动态监测系统，其特征在于，所述新能源汽车电池等效电路模型满足如下关系：
所述s为拉氏因子。
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