CN115453390B - 一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，包括：将待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数；根据电池内部电路构建等效电池电路模型；根据等效电池电路模型构建电池回路方程；利用去除异常值的电能参数对等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压；根据开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量；根据电池的剩余电量得到电池充电速度。本发明通过利用去除异常值的电能参数对等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压，并基于此对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量，不仅简化了计算过程，还可以得到准确的SOC估算结果，进而使得电池充电速度的估算更加精准。

Description

一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法
技术领域
本发明属于新能源电池SOC估算技术领域，更具体地说，是涉及一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法。
背景技术
目前，具有自放电小、能量密度高和循环寿命长等优异性能的电池现已在光伏储能电站、电动汽车、通讯等领域得到广泛的应用。而为了满足应用对象的性能需求，通常将多块电池进行串并联组合，从而增大输出电压、输出电流及容量，但是这也给电池增加了安全隐患，在电池实际运行过程中，常常伴随着过充、过放等问题的产生，导致电池的使用效率降低和电池的使用寿命缩短。
新能源电池的充电速度和电池的荷电状态具有密切关系。而电池SOC(state ofcharge，SOC，荷电状态)是评估电池剩余可用能量和健康状态的重要指标之一。由于电池内部存在复杂的物理化学反应，且在SOC的估算过程中受到电流、电压、温度等多个因素的影响，很难通过直接检测得到电池SOC值，只能通过这些影响因素进行推算间接得到，而电流、电压等参数在电池的实际运行过程中会不断发生变化，因此实时估算电池的SOC值非常困难。
目前，国内外研究电池SOC值的获取方法主要是利用粒子滤波算法估算电池的SOC值，但该方法在粒子重采样阶段，忽略了粒子集枯竭现象，从而对电池SOC的估算精度造成很大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，旨在解决现有对电池SOC的估算精度低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，包括以下步骤：
步骤1：采集待检测电池的电能参数；所述电能参数包括放电电流和端电压；
步骤2：将所述待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数；
步骤3：根据电池内部电路构建等效电池电路模型；
步骤4：根据所述等效电池电路模型构建电池回路方程；
步骤5：利用所述去除异常值的电能参数对所述等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压；
步骤6：根据所述开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量；
步骤7：根据电池的剩余电量得到电池充电速度。
优选的，所述步骤2：将所述待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数，包括：
步骤2.1：将预设时间段内采集的放电电流和端电压按照时间顺序进行排列得到放电电流时间序列和端电压时间序列；
步骤2.2：计算放电电流时间序列和端电压时间序列之间的关联度；
步骤2.3：判断关联度是否在预设的范围内；
步骤2.4：若关联度不在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列去除；
步骤2.5：若关联度在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列保留，直到遍历完所有的电能参数，得到去除异常值的电能参数。
优选的，所述关联度的计算公式为：
其中，pX,Y为关联度，cov(X,Y)表示放电电流时间序列与端电压时间序列的协方差，σX表示放电电流时间序列的方差，σY表示端电压时间序列的方差。
优选的，所述等效电池电路模型为：
Ubat＝OCV+Up+R0Ibat
其中，Ubat表示电池的端电压，OCV表示电池的开路电压，Up表示极化电容电压，R0表示电池的内阻，Ibat表示电池的放电电流。
优选的，所述步骤4：根据所述等效电池电路模型构建电池回路方程，包括：
采用公式：
构建电池回路方程；其中，Rp表示电池极化内阻，Cp表示电池极化电容，τp表示时间常数。
优选的，所述步骤5：利用所述去除异常值的电能参数对所述等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压，包括：
步骤5.1：将所述电池回路方程带入等效电池电路模型中得到待求解的等效电池电路模型；其中，待求解的等效电池电路模型为：
步骤5.2：使用最小二乘法对所述待求解的等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压。
优选的，所述步骤6：根据所述开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量，包括：
步骤6.1：使用开路电压法对电池当前的荷电状态进行初步估算得到初始的荷电状态；
步骤6.2：对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量。
优选的，所述步骤6.2：对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量，包括：
采用公式：
对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量；其中，SOCocv(k)表示初始的荷电状态，SOC(k)表示k时刻电池的剩余电量，SOC(k-1)表示k-1时刻电池的剩余电量，CN表示电池的容量，w表示预设权重。
本发明还提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法中的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法中的步骤。
本发明提供的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过利用去除异常值的电能参数对等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压，并基于此对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量，不仅简化了计算过程，还可以得到准确的SOC估算结果，进而使得电池充电速度的估算更加精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的目的在于提供一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，旨在解决现有对电池SOC的估算精度低的问题。
请参阅图1，一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，包括以下步骤：
步骤1：采集待检测电池的电能参数；所述电能参数包括放电电流和端电压；
步骤2：将所述待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数；
进一步的，所述步骤2包括：
步骤2.1：将预设时间段内采集的放电电流和端电压按照时间顺序进行排列得到放电电流时间序列和端电压时间序列；
步骤2.2：计算放电电流时间序列和端电压时间序列之间的关联度；其中，所述关联度的计算公式为：
其中，pX,Y为关联度，cov(X,Y)表示放电电流时间序列与端电压时间序列的协方差，σX表示放电电流时间序列的方差，σY表示端电压时间序列的方差。
步骤2.3：判断关联度是否在预设的范围内；
步骤2.4：若关联度不在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列去除；
步骤2.5：若关联度在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列保留，直到遍历完所有的电能参数，得到去除异常值的电能参数。
本发明通过协方差构建关联度计算公式，然后基于此将异常的电能参数序列去除，可以保证数据的真实性，进而提高SOC的估算精度。
步骤3：根据电池内部电路构建等效电池电路模型；
锂离子电池(新能源电池)大致可以分为四个部分:锂化合物组成的正极、嵌有锂离子的石墨组成的负极、分开正负极但又允许锂离子通过的隔膜以及填充在正负极之间的电解质。电池在工作过程中内部发生复杂的化学反应，充电时，锂离子从正极脱离，穿过隔膜，通过电解质移向负极并嵌入负极；放电时，锂离子从负极脱离，穿过隔膜，通过电解质移向正极并嵌入正极。电极的电荷平衡由外部电路的电子移动来保证。可以看出电池是一个非线性系统，为了方便电池的研究与管理，就需要建立电池的等效电路。
现阶段已经提出了很多等效电路，例如内阻模型、一阶RC模型、PNGV模型、GNL模型等。在本发明实施例中，优选一阶RC模型来表征锂电池的内部电路，然后基于基尔霍夫定律可以构建等效电池电路模型；其中，等效电池电路模型为：
Ubat＝OCV+Up+R0Ibat
其中，Ubat表示电池的端电压，OCV表示电池的开路电压，Up表示极化电容电压，R0表示电池的内阻，Ibat表示电池的放电电流。
步骤4：根据所述等效电池电路模型构建电池回路方程；
在实际应用中，利用基尔霍夫电流定律即可构建电池回路方程。本发明实施例中构建的电池回路方程为：
其中，Rp表示电池极化内阻，Cp表示电池极化电容，τp表示时间常数。
步骤5：利用所述去除异常值的电能参数对所述等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压；
进一步的，所述步骤5包括：
步骤5.1：将所述电池回路方程带入等效电池电路模型中得到待求解的等效电池电路模型；其中，待求解的等效电池电路模型为：
步骤5.2：使用最小二乘法对所述待求解的等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压。
进一步的，本发明运用递归最小二乘法对等效电池电路模型进行求解，得到电池的开路电压。
步骤6：根据所述开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量；
进一步的，所述步骤6包括：
步骤6.1：使用开路电压法对电池当前的荷电状态进行初步估算得到初始的荷电状态；
开路电压法是依靠电池的开路电压和剩余电量的关系进行SOC的估计，方法的精度取决于求解的OCV的精度。一般来讲，OCV值与SOC呈正相关，作为SOC估计的OCV-SOC曲线的准确性很重要。一般的OCV-SOC的关系的标定都是对电池进行放电确定当前的SOC值，然后经过长时间的静置使电池的端电压值到达稳定，测量开路电压值，然后在进行放电测量，这样就拟合出了OCV与SOC的函数关系。不同类型的电池具有不同的OCV-SOC曲线，由于本发明直接通过计算得到了OCV，因此本发明可以通过查表的方式，直接得到相应OCV的SOC值。
步骤6.2：对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量。
进一步的，所述步骤6.2包括：
采用公式：
对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量；其中，SOCocv(k)表示初始的荷电状态，SOC(k)表示k时刻电池的剩余电量，SOC(k-1)表示k-1时刻电池的剩余电量，CN表示电池的容量，w表示预设权重。
一般来讲，利用开路电压法虽然可以得到相应的SOC值，但是当电池的SOC值处在20-70％之间时，OCV-SOC曲线的波动较大，因此使用开路电压法得到的SOC值具有较大的误差，基于此本发明使用了Ah积分法对初始的SOC值进行了修正，这样可以使电池的剩余电量的估算更加精准。
步骤7：根据电池的剩余电量得到电池充电速度。
本发明通过利用去除异常值的电能参数对等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压，并基于此对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量，不仅简化了计算过程，还可以得到准确的SOC估算结果，进而使得电池充电速度的估算更加精准。
本发明还提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法中的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集待检测电池的电能参数；所述电能参数包括放电电流和端电压；
步骤2：将所述待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数；
步骤3：根据电池内部电路构建等效电池电路模型；
步骤4：根据所述等效电池电路模型构建电池回路方程；
步骤5：利用所述去除异常值的电能参数对所述等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压；
步骤6：根据所述开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量；
步骤7：根据电池的剩余电量得到电池充电速度；
所述步骤2：将所述待检测电池的电能参数中的异常值去除得到去除异常值的电能参数，包括：
步骤2.1：将预设时间段内采集的放电电流和端电压按照时间顺序进行排列得到放电电流时间序列和端电压时间序列；
步骤2.2：计算放电电流时间序列和端电压时间序列之间的关联度；
步骤2.3：判断关联度是否在预设的范围内；
步骤2.4：若关联度不在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列去除；
步骤2.5：若关联度在预设的范围内，则将相应的放电电流时间序列和端电压时间序列保留，直到遍历完所有的电能参数，得到去除异常值的电能参数。
2.如权利要求1所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述关联度的计算公式为：
其中，pX,Y为关联度，cov(X,Y)表示放电电流时间序列与端电压时间序列的协方差，σX表示放电电流时间序列的方差，σY表示端电压时间序列的方差。
3.如权利要求1所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述等效电池电路模型为：
Ubat＝OCV+Up+R0Ibat
其中，Ubat表示电池的端电压，OCV表示电池的开路电压，Up表示极化电容电压，R0表示电池的内阻，Ibat表示电池的放电电流。
4.如权利要求3所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述步骤4：根据所述等效电池电路模型构建电池回路方程，包括：
采用公式：
构建电池回路方程；其中，Rp表示电池极化内阻，Cp表示电池极化电容，τp表示时间常数。
5.如权利要求4所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述步骤5：利用所述去除异常值的电能参数对所述等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压，包括：
步骤5.1：将所述电池回路方程带入等效电池电路模型中得到待求解的等效电池电路模型；其中，待求解的等效电池电路模型为：
步骤5.2：使用最小二乘法对所述待求解的等效电池电路模型进行求解得到电池的开路电压。
6.如权利要求5所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述步骤6：根据所述开路电压对电池当前的荷电状态进行估算，得到电池的剩余电量，包括：
步骤6.1：使用开路电压法对电池当前的荷电状态进行初步估算得到初始的荷电状态；
步骤6.2：对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量。
7.如权利要求6所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法，其特征在于，所述步骤6.2：对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量，包括：
采用公式：
对所述初始的荷电状态进行修正得到电池的剩余电量；其中，SOCocv(k)表示初始的荷电状态，SOC(k)表示k时刻电池的剩余电量，SOC(k-1)表示k-1时刻电池的剩余电量，CN表示电池的容量，w表示预设权重。
8.一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法中的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种检测电瓶车新能源电池充电速度的方法中的步骤。
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