CN111123107A - 电池仿真建模方法、装置及电池等效模型 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种电池仿真建模方法、装置及电池等效模型。所述电池仿真建模方法包括：获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；根据实测内阻数据建立等效内阻，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。本申请实施例采用受控电压源串联内阻的电池等效方式进行建模，所建立的电池等效模型结构简单，有利于加快仿真速度；基于实测内阻数据和实测充放电数据以及对该实测内阻数据和实测充放电数据的参数辨识进行仿真建模，仿真度较高且易于实现。

Description

电池仿真建模方法、装置及电池等效模型

技术领域

本申请涉及电气仿真技术领域，具体而言，本申请涉及一种电池仿真建模方法、装置及电池等效模型。

背景技术

电池的等效仿真是对电池的电气特性进行研究非常关键的一步，电池等效模型是以电池工作原理为基础，把电池的动态特性利用电阻、电容及电压源等电路元件组成电路网络对电池的动态特性进行模拟，从而形成的一种电池的等效模型。

常用的电池等效模型有：RC(电阻电容)模型、Thevenin模型(也称一阶RC模型)、PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles，新一代汽车合作计划)模型以及Peuker模型，这些模型均以电池内部电阻和电容为基础建立得出，用来模拟电池的充放电特性。这些方法要么需要复杂的实验数据，要么相对简单但是准确度很差。

上述几种常用的电池等效模型有以下不足之处：RC模型的结构相对简单，但是准确度很差；Thevenin模型与PNGV模型具有很高的准确度，但是结构非常复杂，温度、电流、电荷状态之间的耦合度非常高，参数计算也非常复杂，对仿真速度，以及在仿真过程当中一但参数错误很难排查；Peuker模型曾广泛的接受，但在一阶等效情况下会出再系统误差，而二阶模型又比较复杂，因此也没有得到广泛应用。

鉴于上述几种模型要么需要复杂的实验数据、结构复杂，要么准确度很差，无法满足结构简单同时仿真准确度高的电池仿真要求。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种电池仿真建模方法、装置及电池等效模型，用以解决现有技术存在模型结构复杂和仿真准确度较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池仿真建模方法，包括：

获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；

根据实测内阻数据建立等效内阻，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；

将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池仿真建模装置，包括：

数据获取模块，用于获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；

仿真参数确定模块，用于根据实测内阻数据建立等效内阻，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；

模型建立模块，用于将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

第三方面，本申请实施例提供了一种电池等效模型，包括：电池的等效内阻、等效受控电压源和符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；

等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块连接；

等效内阻、等效受控电压源和充放电模拟模块用于在模拟充放电过程中模拟电池的充放电特性。

第四方面，本申请实施例提供了一种电池仿真建模设备，包括：存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，该计算机程序由处理器执行以实现本申请实施例第一方面提供的电池仿真建模方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第一方面提供的电池仿真建模方法。

本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：

1)本申请实施例提供的技术方案采用受控电压源串联内阻的电池等效方式进行建模，形成的电池等效模型的主要等效硬件结构为等效受控电压源和等效内阻的串联结构，相较于以往的Thevenin模型、PNGV模型等电阻、电容网络的等效模型，结构简单，有利于加快仿真速度、提高仿真效率。

2)本申请实施例采用符合充放电特性的充放电模拟模块来代替多种等效硬件来实现对电池充放电特性的模拟，减少了针对多种硬件的仿真，使仿真更加易于实现，可加快仿真速度。

3)本申请实施例基于实测内阻数据和实测充放电数据以及对该实测内阻数据和实测充放电数据的参数辨识进行仿真建模，仿真度较高。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种电池仿真建模方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中实际获取的电池的充电特性示意图；

图3为本申请实施例中获取的电池的实测充放电数据示意图；

图4为本申请实施例中实际获取的电池的放电特性示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电池仿真建模方法中对实测充放电数据进行曲线拟合的流程示意图；

图6为本申请实施例中对实测充放电数据进行曲线拟合的操作界面示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电池仿真建模方法中对充放电函数的拟合系数进行修正的流程示意图；

图8为本申请实施例提供的一种电池仿真建模方法中对充放电函数的拟合系数c进行修正的示例图；

图9为本申请实施例中对充电函数的拟合系数进行修正后得到的充电曲线示意图；

图10为本申请实施例提供的一种电池仿真建模方法中对充放电函数进行局部修正的流程示意图；

图11为本申请实施例中对放电函数的拟合系数进行修正以及对放电函数进行局部修正后得到的放电曲线示意图；

图12为本申请实施例提供的一种电池等效模型的结构框架示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种电池等效模型的结构框架示意图；

图14为本申请实施例提供的又一种电池等效模型的结构框架示意图；

图15为本申请实施例提供的一种电池仿真建模装置的结构框架示意图；

图16为本申请实施例提供的一种电池仿真建模设备的结构框架示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：

可控制电压源：也称受控电压源或电压控制电压源(VCVS，Voltage ControlledVoltage Source)，表示电压受电路中其它部分的电压控制的电压源。

PSCAD：全称为Power Systems Computer Aided Design，是广泛使用的一种电磁暂态仿真软件。

SOC：荷电状态(State of Charge)，也称剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示；通常也用一个字节也就是两位的十六进制表示，取值范围为0～100)，含义是剩余电量为0％～100％；当SOC＝0时表示电池完全放电，当SOC＝1时表示电池完全充满。

SOD：放电状态(State of Discharge)，SOD＝1-SOC。

下面对电池仿真建模原理介绍如下：

在电池的电气仿真建模过程中，关注的主要是电池外部的电气特性，例如电池的V-I(电压-电流)特性、V-Q(电压-电量)特性和V-SOC(或SOD)特性。

电池的V-I特性可用表达式(1)所示的函数来描述：

V＝f(I,T,t) 表达式(1)

在表达式(1)中，V表示电池的输出电压(电池端口电压)，I表示电池的充放电电流(充电电流或放电电流)，T表示电池所处的温度，t表示电池的运行时间(充电时间或放电时间)。

在电池的电气仿真建模过程中，SOC是非常重要的参数，其中，在电池的充电过程中，SOC与电流I的关系可分别用表达式(2)所示的函数来描述：

SOC＝f(I,t) 表达式(2)

在表达式(2)中，I表示电池的充电电流，t表示电池的运行时间。放电过程SOD与I的关系同理。

在特定温度下，也即当T一定时(一般工业常规测量温度为25℃，本申请实施例中所使用的数据可以是在这个温度下的实测数据)，则结合表达式(1)和表达式(2)可得到表达式(3)：

V＝f(soc)|T＝25℃ 表达式(3)

由表达式(3)可以看出，电池的外部电气特性还可以用V与SOC之间的函数来表示，放电过程中V与SOD的关系同理。

根据充/放电电流I和运行时间t可得到电池的充放电电量Q，从而可确定V-Q特性。

具体地，当采用I表示充电电流时，充电电量可通过表达式(4)的积分计算得到，当I表示放电电流时，放电电量可通过表达(5)积分计算得到：

在表达式(4)和表达式(5)中，Q_SOC表示充电电量(也称充电容量)，Q_SOD表示放电电量(也称放电容量)，其余参数含义同前述各式。

在电池的充电过程中，SOC与Q_SOC的关系可用表达式(6)所示的函数来描述：

SOC＝Q_SOC/Q_e 表达式(6)

在电池的放电过程中，SOD与Q_SOD的关系可用表达式(7)所示的函数来描述：

SOD＝Q_SOD*Q_e 表达式(7)

在表达式(6)和表达式(7)中，Q_e表示电池的额定容量(或称“标称容量”)，其余参数含义同前。

由上述原理可知，可根据V和I的关系、V和Q关系、V和SOC(或SOD)的关系中的任意一种以上的关系来建立电池等效模型，I、V和SOC(或SOD)之间可以相互转换。

下面以具体实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例提供了一种电池仿真建模方法，如图1所示，该电池仿真建模方法包括如下步骤S101-S103：

S101，获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据。

本申请实施例中的“充放电”或“充/放电”均指充电和/或放电，对应地，实测充放电数据指实测充电数据和/或实测放电数据。

可选地，实测充放电数据可以包括至少一种工况下的充放电数据，本申请实施例中的工况可以指对电池进行充放电时的倍率条件，如1C、2C、3C或4C等；本领域技术人员可以理解各倍率条件的具体含义，例如，对于标称容量为20Ah的电池，1C指对该电池以20A的电流充电，2C指对该电池以40A的电流充电，其余倍率条件的含义依次类推，此处不再一一列举。

可选地，获取电池的实测充放电数据，包括：获取电池的实测充放电电流、实测充放电电量和实测剩余电量中的至少一种数据，以及与至少一种数据对应的实测电池端口电压。

可选地，实测内阻数据和实测充放电数据可以在对电池进行仿真建模前对电池进行测量得到，也可以由该电池的供应商提供，既可适用于有测试能力的用户，也可适用于没有测试能力的用户。

可选地，获取电池的实测充放电数据的过程中，可直接上述至少一种数据以及该至少一种数据对应的实测电池端口电压；也可获取由上述至少一种数据与对应的实测端口电压形成的电池的充放电特性图(由离散数据组成的特性图)，从该充放电特性图提取该至少一种数据及对应的实测电池端口电压。

图2示出了一种充电特性图，该充电特性图示出了充电电压(纵坐标)与充电电量(横坐标)的对应关系，图2中从下到上的各条充电曲线对应的工况分别为1/3C、1/2C、1C、2C、3C、4C，通过图形数据提取软件可由图2可提取出各工况条件下的充电电压和充电电量的数据，根据充电电量还可以计算出SOC，从而得到图3所示的实测充电数据。

图4示出一种放电特性图，该放电特性图示出了放电电压(纵坐标)与放电电量(横坐标)的对应关系，图4中从上到下的各条放电曲线对应的工况分别为1/3C、1/2C、1C、2C、3C、4C、5C，通过图形数据提取软件可由图4可提取出各工况条件下的放电电压和放电电量的数据，根据充电电量还可以计算了SOD，从而得到与图4对应的实测放电数据。

由充电电量计算SOC以及由放电电量计算SOD的方法可参照本申请前面所述的表达式(6)和表达式(7)，此处不再赘述。

S102，根据实测内阻数据建立等效内阻，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块。

在一个示例中，由电池供应商提供的某种型号的电池的基本参数如表1所示：

表1：电池的基本参数

由表1中第三列的数据可知，电池的实测内阻数据为小于等于6mΩ，根据该实测内阻数据可建立阻值为6mΩ的等效内阻。

可选地，电池的充放电特性包括至少一种数据与实测电池端口电压之间的对应关系，即包括V-I关系、V-Q关系、V-SOC(或SOD)关系中的任意一种关系。

可选地，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块，包括：对实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，并形成满足充放电函数的充放电模拟单元；将充放电模拟单元和预先建立的电量计算单元建立连接关系，形成充放电模拟模块。

S103，将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

可选地，将预先建立的等效受控电压源的输出端与等效内阻的第一端建立连接关系，将该等效受控电压源的控制端与充放电模拟单元建立连接关系，将电量计算单元与等效内阻的第二端建立连接关系。

可选地，将等效受控电压源的控制端与充放电模拟单元建立连接关系具体指，将等效受控电压源的控制端的输入电压与充放电模拟单元中充放电函数的输出电压建立数据上的对应关系，而非基于硬件的等效连接关系，该种对应关系相较于硬件上的连接关系更易于实现，操作更方便。

可选地，如图5所示，对实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，具体包括如下步骤S501-S504：

S501，对实测充放电数据进行初始曲线拟合，得到初始拟合曲线。

可选地，可采用多种数据处理软件来对实测充放电数据进行初始曲线拟合，例如软件Matlab、MathCAD等。

在一个示例中，可采用Matlab对包括充电电量和充电过程电池端口电压在内实测充电数据进行初始曲线拟合，具体地，在如图6所示的界面中将该实测充电数据导入到Matlab的curve fitting工具箱中进行初次曲线拟合，从而得到基于该实测充电数据的初始拟合曲线以及该初始拟合曲线对应的初始拟合函数。

S502，确定初始拟合曲线的拟合度，判断初始拟合曲线的拟合度是否大于预设的拟合度阈值；若是，则执行S503，若否，则执行S504。

本申请实施例中的拟合度阈值可根据实际需求设置，例如，可设置为95％。确定拟合曲线的拟合度的具体方式为现有技术，在此不再赘述。

通过判断初始拟合曲线的拟合度是否大于预设的拟合度阈值，可及时了解以初始拟合曲线为基础对电池进行仿真建模的准确度是否满足要求，以便能够及时对拟合方式进行调整，以提高仿真建模的准确度。

S503，将初始拟合曲线对应的初始拟合函数作为充放电函数。

当初始拟合曲线的拟合大于预设的拟合度阈值时，认为该初始拟合曲线的拟合度较高，可以满足仿真建模的准确度要求，因此可通过步骤S503该初始拟合曲线对应的初始拟合函数作为充放电函数，以此为基础进行电池的仿真建模，可保证建模的准确度。

S504，将实测充放电数据进行至少一次分段拟合，直至得到的拟合曲线的拟合度大于预设的拟合度阈值，将至少一次分段拟合后得到的拟合曲线对应的拟合函数作为充放电函数。

当初始拟合曲线的拟合不大于预设的拟合度阈值时，认为对实测充放电数据进行整体拟合所得到的该初始拟合曲线拟合度较低，无法满足仿真建模的准确度要求，可通过步骤S504中分段拟合，对实测充放电数据重新进行拟合。

具体地，可将实测充放电数据进行分段，对每一段的数据分别进行拟合，形成多段子曲线，再将多段子曲线组合形成完整的拟合曲线。

在一个可选的实施方式中，可先对实测充放电数据进行两段拟合，确定两段拟合后得到的若两段拟合后得到的拟合曲线的拟合度，若该拟合度依然不大于预设的拟合度阈值，则对实测充放电数据进行三段拟合，确定三段拟合后得到的拟合曲线的拟合度，判断该拟合度是否大于预设的拟合度阈值，依次类推，直至得到的拟合曲线的拟合度大于预设的拟合度阈值。

在另一个可选的实施方式中，可直接对实测充放电数据进行两段以上的拟合，具体的分段数值可根据经验数据来设置，以减少无效拟合的次数，提高拟合效率。

在一个示例中，假设对包括电池电量和电池端口电压在内的实测充电数据和实测放电数据分别进行两段拟合后，得到的拟合曲线的拟合度大于预设的拟合度阈值，则将该两段拟合后的拟合曲线对应的拟合函数作为充放电函数，此时该充放电函数可表示为：

f(x)＝a×exp(b×x)+c×exp(d×x) 表达式(8)

其中，x表示充电电量Q_SOC或放电电量Q_SOD，f(x)表示与Q_SOC或Q_SOD对应的电压V；a、b、c和d均为拟合系数，各拟合系数的具体数值视具体的拟合结果而定。

当实测充放电数据包括不同工况下的充放电数据时，通过对实测充放电数据进行曲线拟合可得到分别对应不同工况的充放电函数和拟合曲线，不同工况下的拟合曲线之间可能存在较大的差异性。

可选地，如图7所示，对实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数之后，具体地，在步骤S504之后，还包括如下步骤S505-S507：

S505，获取各个工况下得到的充放电函数中的拟合系数。

以表达式(8)所示的充放电函数为例，可获取不同倍率条件下该表达式(8)中的拟合系数a、b、c和d，在一个示例中，具体的倍率条件以及获取的与各倍率条件对应的拟合系数a、b、c和d的具体数值如表2所示：

表2：曲线拟合系数表

S506，根据所获取的各个工况下得到的拟合系数对指定拟合系数进行修正，得到修正后的指定拟合系数。

可选地，对所获取的各个工况下得到的拟合系数进行线性拟合，得到拟合直线，根据该拟合直线对指定拟合系数进行修正，得到修正后的指定拟合系数。

图8示出了对所获取的各个放电倍率条件下得到的拟合系数c(如表2中第4列所示的拟合系数c的数据)进行线性拟合的示意图，图8中的横坐标表示放电倍率条件，纵坐标表示拟合系数c，图8中的实线示出了线性拟合前由表2中第4列各数据形成的拟合系数c的变化曲线，虚线示出了对表2中第4列各数据进行线性拟合后得到的拟合直线(y＝-0.087x+3.4316)，根据该拟合直线可确定出任意放电倍率条件下的拟合系数c的值，从而实现对拟合系数c的线性修正，得到修正后的拟合系数c。

可选地，本申请实施例根据实际需求还可对拟合系数a、b、d中的任意一个系数进行修正，修正方式与拟合系数c的修正方式同理，在此不再赘述。

S507，根据修正后的指定拟合系数对指定工况下得到的充放电函数进行修正，得到修正后的充放电函数。

具体地，将修正后的指定拟合系数代入指定工况下得到的充放电函数，从而实现对该充放电函数的修正，得到修正后的充放电函数。

在一个示例中，若指定工况为1C充电，修正后的指定拟合系数包括修正后的拟合系数a-d，则可将修正后的拟合系数a-d分别表示为ac_1c、bc_1c、cc_1c和dc_1c，将ac_1c、bc_1c、cc_1c和dc_1c代入如表达式(8)所示的充放电函数后，可得到修正后的充电函数为：

在表达式(9)中，x表示1C充电过程中的充电电量Q_SOC，fcs_1c(x)表示1C充电过程中的电池端口电压V。

同理，可得到其它倍率条件下的修正后的充电函数，并得到如图9所示修正后的各倍率条件下的拟合曲线，其中每条曲线代表一种倍率条件下的V-Q_SOC关系，从上到下的各条放电曲线对应的工况分别为4C、3C、2C、1C、15C和13C，由图9可以看出，经过修正后，各倍率条件下的V-Q_SOC关系曲线之间拟合度较高。

由此可知，通过步骤S505-S507的修正，可降低不同工况下的充放电函数的差异性，提高不同工况下的拟合曲线之间的拟合度，以使得修正后的充放电函数可适用于多种工况，而不仅仅适用于某一种工况。

可选地，如图10所示，对实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数之后，具体地，在步骤S504之后，还包括如下步骤S508-S510：

S508，确定出充放电函数对应的拟合曲线中指定区间的区间拟合度。

可选地，指定区间可以是拟合曲线中的任意一段区间，例如多段曲线的连接处或曲线末端，具体区间范围可根据实际需求设置。

S509，判断区间拟合度是否大于预设的拟合度阈值；若是，则保留现有的充放电函数，若否，则执行S510。

S510，对充放电函数进行局部修正。

可选地，根据预设的拟合度阈值确定待修正部分的局部修正系数，根据该局部修正系数确定局部修正函数，根据该局部修正函数对充放电函数进行修正。

在一个可选的实施方式，步骤S505-S507可与步骤S508-S510同时执行。

在另一个可选的实施方式，步骤S508-S510可在步骤S505-S507之后执行，此时，步骤S508-S510中的充放电函数指经步骤S505-S507得到的修正后的充放电函数。

通过步骤S505-S507得到修正后的充放电函数后，通过步骤S508-S510可对该修正后的充放电函数进行局部修正。

具体地，以1C条件下两段拟合后的放电函数为例(其它倍率条件的充放电函数同理)，经步骤S505-S507可得到与表达式(9)相似的修正后的放电函数，确定出该放电函数对就的放电曲线末端的拟合度，当曲线末端的拟合度不大于预设的拟合度阈值，对该曲线末端进行修正，具体方式如下：

根据预设的拟合度阈值确定修正后的放电函数的曲线末端的修正系数as_k和bs_k，根据该修正系数as_k和bs_k可确定出如下曲线末端修正函数：

根据表达式(10)可对上述修正后的放电函数进行曲线末端修正，修正后得到如下放电函数：

在表达式(11)中，x表示放电电量Q_SOD，f1sc(x)表示1C放电过程中的电压V，a_k、b_k、c_k和d_k均为经步骤S505和S506确定出的修正后的指定拟合系数。

同理，可得到其它倍率条件下的局部修正后的放电函数，并得到如图11所示局部修正后的各倍率条件下的拟合曲线，其中每条曲线代表一种倍率条件下的V-Q_SOD关系，从上到下的各条放电曲线对应的工况分别为13C、15C、1C、2C、3C、4C和5C，由图11可以看出，经过修正后，各倍率条件下的V-Q_SOD关系曲线之间拟合度较高，每条曲线的末端拟合度也较高。

由此可知，通过步骤S505-S507的系数修正，可降低不同工况下的充放电函数的差异性，提高不同工况下的拟合曲线之间的拟合度，以使得修正后的充放电函数可适用于多种工况，而不仅仅适用于某一种工况；通过步骤S508-S510的局部修正，可实现对拟合曲线的局部调整，提高局部曲线的拟合度，在局部曲线出问题时可只对局部进行调整，因此可大幅度节省调整的工作量，提高拟合效率，进而提高仿真效率。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电池等效模型，由本申请实施例所提供的电池仿真建模方法形成，如图12所示，该电池等效模型包括：电池的等效内阻1210、等效受控电压源1220和符合电池的充放电特性的充放电模拟模块。

等效受控电压源1220的输出端、控制端分别与等效内阻1210、充放电模拟模块连接。

等效内阻1210、等效受控电压源1220和充放电模拟模块用于在模拟充放电过程中模拟电池的充放电特性。

以模拟充电过程为例，该电池等效模型的一种模拟原理为：

当对该电池等效模型在一定的倍率条件充电时，在该电池等效模型的等效电路中产生了等效充电电流I，充放电模拟模块检测到该模拟充电电流I后，将I输入预先确定出的充放电函数中，该充放电函数根据输入的I可确定出对应的电压V并输出至等效受控电压源1220，由等效受控电压源1220输出该电压V。

可选地，等效受控电压源1220可以是仿真软件中自带的理想受控电压源元件。

可选地，充放电模拟模块中包括互相连接的电量计算单元1230和充放电模拟单元1240。

电量计算单元1230，用于根据预设的模拟充放电时间对采集到的模拟充放电过程中的模拟充放电电流进行积分，得到模拟充放电电量。

充放电模拟单元1240，用于根据预先确定出的充放电函数确定模拟充放电过程中模拟充放电电量对应的模拟充放电电压。

可选地，电量计算单元1230还用于根据模拟充放电电量和电池等效模型的额定容量，确定电池等效模型的荷电状态和/或放电状态；对应地，充放电模拟单元1240，用于根据预先确定出的充放电函数确定模拟充放电过程中荷电状态和/或放电状态对应的模拟充放电电压。

在一种可选的实施方式中，如图13所示，电量计算单元1230包括电流积分子单元1231。该种实施方式下，该电流积分子单元1231用于在模拟充电过程中根据模拟充电时间对采集到的模拟充电电流进行积分，得到模拟充电电量，并根据该模拟充电电量和电池等效模型的额定容量，确定电池等效模型的SOC(如图13所示)；在模拟放电过程中根据模拟放电时间对采集到的模拟放电电流进行积分，得到模拟放电电量，并根据该模拟放电电量和电池等效模型的额定容量，确定电池等效模型SOD。

在另一种可选的实施方式中，如图14所示，电量计算单元1230包括电流积分子单元1231和转换计算单元1232。在该种实施方式下，该电流积分子单元1231用于在模拟充放电过程中根据模拟充放电时间对采集到的模拟充放电电流进行积分，得到模拟充放电电量，并根据该模拟充放电电量和电池等效模型的额定容量，确定电池等效模型的SOC或SOD，并将SOC或SOD由转换计算单元的输入端F输入转换计算单元1232，图14中仅示出了电流积分子单元1231确定SOC并将SOC输入转换计算单元1232的情形作为示例；转换计算单元1232用于根据将输入的SOC转换为SOD或将输入的SOD转换为SOC，并将转换后得到的SOD或SOC输入充放电模拟单元1240，图14中仅示出了转换计算单元1232将输入的SOC转换为SOD并将转换后得到SOD输入充放电模拟单元1240的情形作为示例。

积分方式可参照前述的表达式(4)或表达式(5)，SOC和SOD的转换关系可参照本申请前面的名词解释部分，涉及到的数据1可通过输入端D预先输入转换计算单元1232。

可选地，电流积分子单元1231具体为积分器，该积分器在对采集到的模拟充放电电流进行积分时，积分时间(即用于积分的模拟充电时间)可根据实际需求进行设定；基于此，在使用本申请实施例提供的电池等效模型模拟电池的充放电特性时，通过改变该积分时间，可以实现对输入充放电模拟单元1240的自变量(如电量、SOC或SOD)的时间步长的调整，从而改变电池等效模型的模拟充放电速率，实现加快或减慢模拟充放电过程，以满足不同用户的模拟测试需求。

例如，若用户需要在较短的时间内观察电池等效模型所模拟的电池电气特性，则可将积分时间调小，使充放电模拟单元1240在较短的时间内可接收到较多的自变量数据，从而在较短的时间内输出较多的电压数据，使用户可以在较短的时间内观察到可反映电池实际充放电特性的模拟充放电特性情况。

本申请实施例提供的电池等效模型在改变模拟充放电速率的过程，充放电模拟单元1240中预先确定的充放电函数保持不变，即在改变充放电速率的过程中，可以保持电池等效模型所模拟的电气特性不变，在该电池等效模型在面对不同用户需求时可以保持较高仿真度。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电池仿真建模装置，可执行前面所述的方法实施例中提供的电池仿真建模方法，如图15所示，该电池仿真建模装置1500包括：数据获取模块1501、仿真参数确定模块1502以及模型建立模块1503。

数据获取模块1501，用于获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；

仿真参数确定模块1502，用于根据实测内阻数据建立等效内阻，根据实测充放电数据确定符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；

模型建立模块1503，用于将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与等效内阻、充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

可选地，数据获取模块1501具体用于：获取电池的实测充放电电流、实测充放电电量和实测剩余电量中的至少一种数据，以及至少一种数据对应的实测电池端口电压。

可选地，仿真参数确定模块1502具体用于：对实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，并形成满足充放电函数的充放电模拟单元；将充放电模拟单元和预先建立的电量计算单元建立连接关系，形成充放电模拟模块。

本申请实施例提供的电池仿真建模装置1500，与前面所述的方法实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该电池仿真建模装置1500中未详细示出的内容可参照前面所述的方法实施例，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电池仿真建模设备，如图16所示，该电池仿真建模设备1600包括：存储器1601和处理器1602。

本申请实施例中的存储器1601上存储有计算机程序，该计算机程序由处理器1602执行以实现本申请实施例所提供的电池仿真建模方法。

本申请实施例中的存储器1601可以是ROM(Read-Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，可以是RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

本申请实施例中的处理器1602可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、通用处理器、DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器1602也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

本技术领域技术人员可以理解，本申请实施例提供的电池仿真建模设备1600可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中。

本申请实施例提供的电池仿真建模设备1600，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该电池仿真建模设备1600中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例所提供的电池仿真建模方法。

该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本申请实施例提供的计算机可读存储介质，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该计算机可读存储介质中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

应用本申请实施例提供的技术方案，至少可实现如下有益效果：

1)本申请实施例提供的技术方案采用受控电压源串联内阻的电池等效方式进行建模，形成的电池等效模型的主要等效硬件结构为等效受控电压源和等效内阻的串联结构，相较于以往的Thevenin模型、PNGV模型等电阻、电容网络的等效模型，结构简单，有利于加快仿真速度、提高仿真效率。

2)本申请实施例采用符合充放电特性的充放电模拟模块来代替多种等效硬件来实现对电池充放电特性的模拟，减少了针对多种硬件的仿真，使仿真更加易于实现，可加快仿真速度；并可适用于不同的仿真软件，如Matlab、PSCAD等软件。

3)本申请实施例基于实测内阻数据和实测充放电数据进行仿真建模，仿真度较高；实测内阻数据和实测充放电数据可以通过实际测试获取，也可以从电池供应商提供的数据中获取，既可适用于有测试能力的用户，也可适用于没有测试能力的用户。

4)本申请实施例可通过曲线拟合实现对实测充放电数据的参数辨识，得到可用于模拟电池充放电特性的充放电函数，并通过至少一次的分段拟合、对拟合系数的线性修正、对拟合曲线进行局部修正等方法中至少一种方法，实现对充放电函数的逼近拟合和修正，使拟合出的充放电函数更加接近实际电池参数，进而提高整个电池等效模型的仿真度。

5)相较于现有的RC模型、Thevenin模型(也称一阶RC模型)、PNGV模型以及Peuker模型等，本申请实施例可以根据用户的需求改变电池等效模型的充放电速率，从而使仿真更加灵活；在改变充放电速率的过程中，可保持电池等效模型的电气特性的稳定性，使等效电池模型在不同应用场景下保持较高的仿真度和准确度。

6)本申请实施例的适用范围较广，可适用于不同的规模的电池的仿真建模，例如章节电池、电池组、整个电池模块，还可以适用于电池领域以外的其它领域的仿真建模。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种电池仿真建模方法，其特征在于，包括：

获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；

根据所述实测内阻数据建立等效内阻，根据所述实测充放电数据确定符合所述电池的充放电特性的充放电模拟模块；

将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与所述等效内阻、所述充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述获取电池的实测充放电数据，包括：

获取电池的实测充放电电流、实测充放电电量和实测剩余电量中的至少一种数据，以及与所述至少一种数据对应的实测电池端口电压；

以及，所述电池的充放电特性包括所述至少一种数据与所述实测电池端口电压之间的对应关系。

3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根据所述实测充放电数据确定符合所述电池的充放电特性的充放电模拟模块，包括：

对所述实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，并形成满足所述充放电函数的充放电模拟单元；

将所述充放电模拟单元和预先建立的电量计算单元建立连接关系，形成所述充放电模拟模块。

4.根据权利要求3所述的建模方法，其特征在于，所述对所述实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，包括：

对所述实测充放电数据进行初始曲线拟合，得到初始拟合曲线；

确定所述初始拟合曲线的拟合度，判断所述初始拟合曲线的拟合度是否大于预设的拟合度阈值；

若所述初始拟合曲线的拟合度大于预设的拟合度阈值，则将所述初始拟合曲线对应的初始拟合函数作为充放电函数；

若所述初始拟合曲线的拟合度不大于预设的拟合度阈值，则将所述实测充放电数据进行至少一次分段拟合，直至得到的拟合曲线的拟合度大于预设的拟合度阈值，将所述拟合曲线对应的拟合函数作为充放电函数。

5.根据权利要求3或4所述的建模方法，其特征在于，当所述实测充放电数据包括不同工况下的充放电数据时，所述对所述实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数之后，还包括：

获取各个所述工况下得到的充放电函数中的拟合系数；

根据所获取的各个所述工况下得到的拟合系数对指定拟合系数进行修正，得到修正后的指定拟合系数；

根据修正后的指定拟合系数对指定工况下得到的充放电函数进行修正，得到修正后的充放电函数。

6.根据权利要求3或4所述的建模方法，其特征在于，所述对所述实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数之后，还包括：

确定出所述充放电函数对应的拟合曲线中指定区间的区间拟合度；

判断所述区间拟合度是否大于预设的拟合度阈值；

若所述区间拟合度不大于所述预设的拟合度阈值，则对所述充放电函数进行局部修正。

7.一种电池仿真建模装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取电池的实测内阻数据和实测充放电数据；

仿真参数确定模块，用于根据所述实测内阻数据建立等效内阻，根据所述实测充放电数据确定符合所述电池的充放电特性的充放电模拟模块；

模型建立模块，用于将预先建立的等效受控电压源的输出端、控制端分别与所述等效内阻、所述充放电模拟模块建立连接关系，形成电池等效模型。

8.根据权利要求7所述的建模装置，其特征在于，

所述数据获取模块具体用于：获取电池的实测充放电电流、实测充放电电量和实测剩余电量中的至少一种数据，以及所述至少一种数据对应的实测电池端口电压。

9.根据权利要求7所述的建模装置，其特征在于，

所述仿真参数确定模块具体用于：对所述实测充放电数据进行曲线拟合，得到充放电函数，并形成满足所述充放电函数的充放电模拟单元；将所述充放电模拟单元和预先建立的电量计算单元建立连接关系，形成所述充放电模拟模块。

10.一种电池等效模型，其特征在于，包括：电池的等效内阻、等效受控电压源和符合电池的充放电特性的充放电模拟模块；

所述等效受控电压源的输出端、控制端分别与所述等效内阻、所述充放电模拟模块连接；

所述等效内阻、所述等效受控电压源和所述充放电模拟模块用于在模拟充放电过程中模拟所述电池的充放电特性。

11.根据权利要求10所述的电池等效模型，其特征在于，所述充放电模拟模块中包括互相连接的电量计算单元和充放电模拟单元；

所述电量计算单元，用于根据预设的模拟充放电时间对采集到的模拟充放电过程中的模拟充放电电流进行积分，得到模拟充放电电量；

所述充放电模拟单元，用于根据预先确定出的充放电函数确定模拟充放电过程中所述模拟充放电电量对应的模拟充放电电压。

12.一种电池仿真建模设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至6中任一项所述的电池仿真建模方法。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的电池仿真建模方法。

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