CN109991546B - 一种电池参数获取方法、装置及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电池技术领域，提供了一种电池参数获取方法、装置及终端设备，包括：建立电池的等效电路模型；获取不同电池温度下的开路电压；基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；根据参数辨识结果获取并显示电池参数。通过建立电池的等效模型，将离线数据与在线数据相结合，实现在不同温度，不同循环寿命下的电池等效模型的参数进行准确辨识，基于自适应H无穷滤波理论进行参数辨识，有效地克服了噪声干扰，能够准确实时估计电池参数，有效地解决了目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池参数获取方法、装置及终端设备。
背景技术
随着能源危机和环境污染，新能源汽车逐渐发展成为汽车发展的最优选择。由于锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，无记忆性等优点，成为新能源汽车的电池***的较优选择。为了更好的保证电池的使用安全，确保电池的性能的输出，在研究锂离子电池的基本特性、使用情况时需要建立锂离子电池的数学模型，如内阻模型、一阶RC模型、二阶RC模型、神经网络模型等，然后通过可测得的相关物理量，如电流、电压、温度等对模型中的参数进行辨识。然而目前参数辨识通常采用离线的混合脉冲功率测试试验，对电池进行周期性的充放电来获取电池内部参数。这样的参数辨识结果由于无法考虑电池的温度、老化对内部参数的影响，容易导致参数辨识结果不精准。
综上所述，目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池参数获取方法、装置及终端设备，以解决目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
本发明的第一方面提供了一种电池参数获取方法，包括：
建立电池的等效电路模型；
获取不同电池温度下的开路电压；
基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
本发明的第二方面提供了一种电池参数获取装置，包括：
模型建立模块，用于建立电池的等效电路模型；
电压获取模块，用于获取不同电池温度下的开路电压；
辨识模块，用于基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
参数获取模块，用于根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
本发明的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
建立电池的等效电路模型；
获取不同电池温度下的开路电压；
基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
建立电池的等效电路模型；
获取不同电池温度下的开路电压；
基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
本发明提供的一种电池参数获取方法、装置及终端设备，通过建立电池的等效模型，将离线数据与在线数据相结合，实现在不同温度，不同循环寿命下的电池等效模型的参数进行准确辨识，基于自适应H无穷滤波理论进行参数辨识，有效地克服了噪声干扰，能够准确实时估计电池参数，有效地解决了目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
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是本发明实施例一提供的一种电池参数获取方法的实现流程示意图；
图2是电池的等效电路模型的电路结构示意图；
图3是根据测试数据得到的电池开路电压曲线的曲线示意图；
图4是本发明实施例二提供的对应实施例一步骤S103的实现流程示意图；
图5是本发明实施例三提供的一种电池参数获取装置的结构示意图；
图6是本发明实施例四提供的对应实施例三的辨识模块103的结构示意图；
图7是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装置结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了解决目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题，本发明实施例提供了一种电池参数获取方法、装置及终端设备，通过建立电池的等效模型，将离线数据与在线数据相结合，实现在不同温度，不同循环寿命下的电池等效模型的参数进行准确辨识，基于自适应H无穷滤波理论进行参数辨识，有效地克服了噪声干扰，能够准确实时估计电池参数。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种电池参数获取方法，其具体包括：
步骤S101：建立电池的等效电路模型。
在具体应用中，上述电池的等效电路模型为一阶等效电路模型，其等效电路模型的电路模型如图2所示，得到一阶等效电路模型的数学模型为：
其中，E为端电压，VOCV为开路电压，R0为欧姆内阻，R1C1用于描述电池充放电时的极化特性，极化电阻R1两端的电压为V1，I充放电电流。
对上述一阶等效电路模型进行离散化后得到：
步骤S102：获取不同电池温度下的开路电压。
在具体应用中，在实验室条件下对电池进行测试，根据从测试数据确定不同温度下的开路电压曲线，上述不同温度下的开路电压曲线如图3所示，其具体的测试方法如下：
1)将电池静置在一个恒定的温度测试仪中，设置温度恒定。将电池以厂家规定的充电方法充满电，充电结束后静置足够长时间，以使电池电压达到温度，并且电池温度与设定温度保持一致。
2)将电池以恒流放电10％的剩余电量，然后静置2h；
3)重复步骤2)，直到电池的剩余电量为0后静置2h。记录每次静置结束后电池电压即为该SOC情况下的开路电压；
4)改变温度测试仪温度，重复步骤1)至3)，温度从-20～60℃，每间隔10℃测试一次。
在具体应用中，通过获取电池的当前温度低和当前剩余电量，并通过查表法根据该电池的当前温度和当前剩余电量确定当前开路电压。获取电池的当前温度是通过与电池连接的温度传感器进行检测和获取。
因此在计算电池开路电压时，可根据电池的剩余电量和电池温度查表获取此时的电池开路电压值。电池的剩余电量可根据安时积分法计算得到，具体的计算公式为：
式中，sk为k时刻电池的剩余电量，η为电池充放电效率，Δt为采样间隔时间，Cn为电池标称容量。
步骤S103：基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识。
在具体应用中，根据电池的等效电路模型的状态方程以及获取到的不同温度下的开路电压通过自适应H无穷滤波参数识别模型中进行参数识别，进而克服内部噪音，得到更加准确的参数识别结果。
在具体应用中，通过与电池连接的传感器获取电池的当前温度，再通过微处理器实现上述参数识别过程。
步骤S104：根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
在具体应用中，通过H无穷滤波参数识别模型识别得到电池的各个参数，上述电池参数包括欧姆内阻R0、极化内阻R1以及极化电容C1，通过与上述微处理器连接的上位机显示上述电池参数。
本实施例提供的电池参数获取方法，能够通过建立电池的等效模型，将离线数据与在线数据相结合，实现在不同温度，不同循环寿命下的电池等效模型的参数进行准确辨识，基于自适应H无穷滤波理论进行参数辨识，有效地克服了噪声干扰，能够准确实时估计电池参数，有效地解决了目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
实施例二：
如图4所示，在本实施例中，实施例一中的步骤S103具体包括：
步骤S201：根据电池的等效电路模型确定电池状态方程。
在具体应用中，根据一阶等效电路模型的离散化方程可知，电池的状态方程如下：
步骤S202：设定滤波初始值，包括初始时刻的状态向量、初始状态估计误差协方差、***噪声协方差矩阵、量测噪声协方差矩阵、对称正定矩阵。
在具体应用中，设定滤波相关的滤波初始值，包括初始时刻的状态向量
状态估计误差协方差矩阵P+ h,0、***噪声协方差矩阵Qh,0、测量噪声协方差矩阵Rh,0，对称正定矩阵Sh,0。
步骤S203：根据当前温度及当前剩余电量对所述滤波初始值进行先验估计及更新。
在具体应用中，上述先验估计包括状态先验估计和误差协方差的先验估计。
上述状态先验估计公式为：
其中
上述误差协方差的先验估计公式为：
根据当前温度及当前剩余电量将对称矩阵更新为：
将自适应测量噪声协方差矩阵更新为：
将H无穷增益更新为：
将***噪声协方差矩阵更新为：
将状态量更新为：
将状态估计误差协方差矩阵更新为：
步骤S204：根据更新的自适应H无穷滤波模型对所述电池模型的电池参数进行动态估计。
在具体应用中，通过动态更新的自适应H无穷滤波模型对输入的电池模型的电池参数进行动态的估计，就能获取到电池的参数。
实施例三：
如图5所示，本实施例提供一种电池参数获取装置100，用于执行实施例一中的方法步骤，其包括模型建立模块101、电压获取模块102、辨识模块103以及参数获取模块104。
模型建立模块101用于建立电池的等效电路模型。
电压获取模块102用于获取不同电池温度下的开路电压。
辨识模块103用于基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识。
参数获取模块104用于根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
在一个实施例中，上述电压获取模块103包括曲线单元、获取单元以及电压单元。
曲线单元用于根据测试数据确定不同电池温度下的开路电压曲线。
获取单元用于获取电池的当前温度及当前剩余电量。
电压单元用于通过查表法根据所述电池的当前温度和当前剩余电量确定当前开路电压。
需要说明的是，本发明实施例提供的电池参数获取装置，由于与本发明图1所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明图1所示方法实施例相同，具体内容可参见本发明图1所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
因此，本实施例提供的一种电池参数获取装置，同样能够能够通过建立电池的等效模型，将离线数据与在线数据相结合，实现在不同温度，不同循环寿命下的电池等效模型的参数进行准确辨识，基于自适应H无穷滤波理论进行参数辨识，有效地克服了噪声干扰，能够准确实时估计电池参数，有效地解决了目前辨识电池模型的电池参数存在辨识结果不精准的问题。
实施例四：
如图6所示，在本实施例中，实施例三中的辨识模块103包括用于执行图4所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括方程确定单元201、设定单元202、更新单元203以及估计单元204。
方程确定单元201用于根据电池的等效电路模型确定电池状态方程。
设定单元202用于设定滤波初始值，包括初始时刻的状态向量、初始状态估计误差协方差、***噪声协方差矩阵、量测噪声协方差矩阵、对称正定矩阵。
更新单元205用于根据当前温度及当前剩余电量对所述滤波初始值进行先验估计及更新。
估计单元204用于根据更新的自适应H无穷滤波模型对所述电池模型的电池参数进行动态估计。
实施例五：
图7是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。如图7所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，例如程序。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个图片处理方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S104。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块101至104的功能。
示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端设备5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成模型建立模块、电压获取模块、辨识模块以及参数获取模块，各模块具体功能如下：
模型建立模块，用于建立电池的等效电路模型；
电压获取模块，用于获取不同电池温度下的开路电压；
辨识模块，用于基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
参数获取模块，用于根据参数辨识结果获取并显示电池参数。
所述终端设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端管理服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电池参数获取方法，其特征在于，包括：
建立电池的等效电路模型；
获取不同电池温度下的开路电压，包括：根据测试数据确定不同电池温度下的开路电压曲线；获取电池的当前温度及当前剩余电量；通过查表法根据所述电池的当前温度和当前剩余电量确定当前开路电压；
基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
根据参数辨识结果获取并显示电池参数，所述电池参数包括欧姆内阻R 0 、极化内阻R 1 以及极化电容C 1 。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效电路模型为一阶等效电路模型，所述一阶等效电路模型为：
其中，E为端电压，V OCV 为开路电压，R 0 为欧姆内阻，R 1 C 1 用于描述电池充放电时的极化特性，极化电阻R 1 两端的电压为V 1 ，I充放电电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识，包括：
根据电池的等效电路模型确定电池状态方程；
设定滤波初始值，包括初始时刻的状态向量、初始状态估计误差协方差、***噪声协方差矩阵、量测噪声协方差矩阵、对称正定矩阵；
根据当前温度及当前剩余电量对所述滤波初始值进行先验估计及更新；
根据更新的自适应H无穷滤波模型对所述等效电路模型的电池参数进行动态估计。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过上位机显示电池参数。
5.一种电池参数获取装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立电池的等效电路模型；
电压获取模块，用于获取不同电池温度下的开路电压；所述电压获取模块包括：曲线单元，用于根据测试数据确定不同电池温度下的开路电压曲线；获取单元，用于获取电池的当前温度及当前剩余电量；电压单元，用于通过查表法根据所述电池的当前温度和当前剩余电量确定当前开路电压；
辨识模块，用于基于自适应H无穷滤波根据不同电池温度下的开路电压曲线对所述等效电路模型进行参数辨识；
参数获取模块，用于根据参数辨识结果获取并显示电池参数，所述电池参数包括欧姆内阻R 0 、极化内阻R 1 以及极化电容C 1 。
6.根据权利要求5所述的电池参数获取装置，其特征在于，所述辨识模块包括：
方程确定单元，用于根据电池的等效电路模型确定电池状态方程；
设定单元，用于设定滤波初始值，包括初始时刻的状态向量、初始状态估计误差协方差、***噪声协方差矩阵、量测噪声协方差矩阵、对称正定矩阵；
更新单元，用于根据当前温度及当前剩余电量对所述滤波初始值进行先验估计及更新；
估计单元，用于根据更新的自适应H无穷滤波模型对所述等效电路模型的电池参数进行动态估计。
7.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，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至4任一项所述方法的步骤。
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