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CN111044908B - 一种基于微片段数据和电压滤波的ocv在线计算方法 - Google Patents

一种基于微片段数据和电压滤波的ocv在线计算方法 Download PDF

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CN111044908B
CN111044908B CN201911349423.3A CN201911349423A CN111044908B CN 111044908 B CN111044908 B CN 111044908B CN 201911349423 A CN201911349423 A CN 201911349423A CN 111044908 B CN111044908 B CN 111044908B
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Suzhou Zhengli New Energy Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法。该方法为:首先收集温度大于0℃的行车数据,将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段,并对标记的微数据片段进行内阻辨识;然后对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法;最后将所有OCV片段转化为“OCV‑斜率”曲线片段,并采用统计方式融合为一条,最后利用积分得到新的OCV曲线。本发明具有成本低、计算简单、准确性高、鲁棒性高的优点。

Description

一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车和储能的电池管理系统技术领域,特别是一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法。
背景技术
电池管理系统作为电动汽车的一个重要组成部分,其难点在于荷电状态SOC的准确估算,而SOC计算离不开开路电压曲线(OCV)。SOC-OCV曲线是电池在SOC标定过程中非常重要的一条曲线,通常在电动汽车运行了一段时间后,在车辆静置一段时间后,BMS会调用这个曲线,对SOC值进行矫正。
传统获得OCV方法是进行开路电压实验测试,整个测试比较繁琐,会消耗许多人力和时间,而且每次测试的结果只能得到特定单体电池在测试环境下的OCV状态曲线。一般在电芯出厂时,每一节单体电池的OCV曲线比较接近,但是随着电池的老化,电池OCV曲线会发生变化,同时由于每一节电池所处的环境不同,每一节电池的OCV曲线会出现差异。
OCV对SOC、SOE、SOP的计算都具有重要的作用,由于OCV会随着电池使用而逐渐出现变化,且传统测试方法必须离线测试,因此亟需一种能够在线获取OCV的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、计算简单、准确性高、鲁棒性高的基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,包括以下步骤:
步骤1、数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据;
步骤2、数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段;
步骤3、内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识;
步骤4、OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法;
步骤5、计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线。
进一步地,步骤1所述的数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据,具体如下:
步骤1.1、车联网时,将电芯实时的电压、电流数据实时上传到云端存储;
步骤1.2、选取近两个月总放电量超过10*额定容量的数据,若两个月总放电量不足10*额定容量,则扩大选取的时间范围;
步骤1.3、剔除温度小于0℃的放电数据;
步骤1.4、剔除BMS上报采集异常的数据。
进一步地,步骤2所述的数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段,具体如下:
步骤2.1、初始放电时间5min以内的数据不需要被标记,将放电的电流数据划分为30s的微数据片段;
步骤2.2、将电流转化为倍率形式,计算公式为(1-1),其中I是电流,Ca是电芯额定容量,IC是倍率值:
Figure BDA0002334287300000021
步骤2.3、计算微数据片段的平均倍率,平均倍率小于0.1C和倍率大于0.7C的微数据片段不需要被标记;
步骤2.4、计算剩余微数据片段的方差值,对方差大于阈值M的数据片段进行标记,阈值M的取值范围为0.1-0.5。
进一步地,步骤3所述的内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识,具体如下:
步骤3.1、在标记的微数据片段中,SOC引起的OCV变化能够忽略,即微数据片段中的OCV保持不变,所以该数据片段内,电池输出电压的变化是由放电倍率变化引起的,因此得到等价电池模型为:
V=I*r+OCV (1-2)
式中,r为电池当前内阻值,该内阻包含极化内阻与欧姆内阻影响,I是汽车电池输出的电流值,OCV是锂电池的开路电压,V为电池输出电压;
步骤3.2、基于上述公式,采用最小二乘法计算每一个被标记的微数据片段对应的内阻r。
进一步地,步骤4所述的OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法,具体如下:
步骤4.1、根据Ah积分公式,建立OCV的状态方程:
Figure BDA0002334287300000031
式中,OCVk为需要计算的OCV变量,下标k表示时刻,OCVk-1为上一时刻的OCV变量;Ik-1为上一时刻电流的输入量,Δt为计算周期,Ca为电芯额定容量,SOH0是初始预估的SOH值,OCV是SOC的函数,HSOC是OCV相对于SOC的斜率,ηT为温度影响容量的系数;
步骤4.2、根据电池的等价电池模型,建立OCV计算的观测方程:
Vk=OCVk+Rk*Ik
Vk是电池当前电压,Ik、Rk分别为当前的电流和当前的内阻;
步骤4.3、在一段完整的放电数据滤波过程中,当滤波进行到非标记数据片段时,采用状态方程算法计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000032
式中,k表示时刻;
当滤波进行到标记数据片段时,采用Kalman的滤波公式计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000033
Figure BDA0002334287300000034
Figure BDA0002334287300000035
Figure BDA0002334287300000036
Figure BDA0002334287300000037
式中,Q为预估的状态方程的误差的协方差,R为预估的测量方程的误差的协方差,P0=0,OCV0电压刚上电时的单体电压值,Vk是当前的单体电压采集值,rk是标记数据片段辨识的内阻值,Ik是当前的采集电流值,
Figure BDA0002334287300000038
Figure BDA0002334287300000039
分别表示OCVk和Pk的过渡值;
步骤4.4、重复步骤4.1~步骤4.3直到电芯放电数据的所有放电曲线被滤波完成,得到不同电压区间范围的OCV数据段。
进一步地,步骤5所述的计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线,具体如下:
步骤5.1、将根据电芯厂家提供的原始OCV曲线,转化为一条“OCV-斜率”曲线片段,纵坐标为容量相对于OCV的斜率值,横坐标为OCV,该OCV的最小值为起始OCV点,最大值为终止OCV点;
步骤5.2、选择一条滤波的OCV片段,通过计算每个电压点的容量-OCV斜率值,将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,具体如下:
步骤5.2.1、在一条OCV片段数据中,选定电压点,该电压点对应时间节点为t,从该时间点向前累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vu,向后累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vd,则该时间点斜率计算公式为:
Figure BDA0002334287300000041
式中,Ct即为选中的电压点的斜率值;
步骤5.2.2、通过公式(1-3)计算每个电压点的平均斜率的方式,将一条OCV片段转化为一条“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.3、重复步骤5.2,将所有的OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.4、通过计算每个电压点的斜率值平均值,采用将多条“OCV-斜率”曲线片段融合为一条完整的“OCV-斜率”曲线;
步骤5.5、根据融合后的“OCV-斜率”曲线,在起始OCV点到终止OCV点区间范围内积分,得到容量值AhCa;
步骤5.6、当积分的容量值达到AhCa*5%、AhCa*10%、AhCa*15%......AhCa*100%时,记录对应的电压点,此时这些电压点分别对应SOC的5%,10%、15%.....100%,再添加起始OCV点对应SOC为0%,得到新的OCV曲线。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:(1)可以在线计算OCV,不需要对电池包进行拆解,不需要大量测试设备和环境,只需要收集汽车实时运行的数据,方法简单,计算成本低;(2)通过在线计算OCV,可以实时更新每一节电池的当前OCV的情况,为SOX准确性预估提供辅助,准确性高;(3)逻辑简单,采用统计方法处理大量数据,OCV计算结果稳定,鲁棒性高。
附图说明
图1是本发明基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中放电电压数据滤波前后的波形图。
图3为本发明实施例中多条OCV片段示意图。
图4为本发明实施例中电芯厂家提供的原始OCV曲线转换的“OCV-斜率”曲线片段图。
图5为本发明实施例中“OCV-斜率”曲线片段图。
图6为本发明实施例中融合后的“OCV-斜率”曲线图。
图7为本发明实施例中“OCV-斜率”曲线的积分图。
具体实施方式
本发明基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,包括以下步骤:
步骤1、数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据;
步骤2、数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段;
步骤3、内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识;
步骤4、OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法;
步骤5、计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线。
进一步地,步骤1所述的数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据,具体如下:
步骤1.1、车联网时,将电芯实时的电压、电流数据实时上传到云端存储;
步骤1.2、选取近两个月总放电量超过10*额定容量的数据,若两个月总放电量不足10*额定容量,则扩大选取的时间范围;
步骤1.3、剔除温度小于0℃的放电数据;
步骤1.4、剔除BMS上报采集异常的数据。
进一步地,步骤2所述的数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段,具体如下:
步骤2.1、初始放电时间5min以内的数据不需要被标记,将放电的电流数据划分为30s的微数据片段;
步骤2.2、将电流转化为倍率形式,计算公式为(1-1),其中I是电流,Ca是电芯额定容量,IC是倍率值:
Figure BDA0002334287300000061
步骤2.3、计算微数据片段的平均倍率,平均倍率小于0.1C和倍率大于0.7C的微数据片段不需要被标记;
步骤2.4、计算剩余微数据片段的方差值,对方差大于阈值M的数据片段进行标记,阈值M的取值范围为0.1-0.5。
进一步地,步骤3所述的内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识,具体如下:
步骤3.1、在标记的微数据片段中,SOC引起的OCV变化能够忽略,即微数据片段中的OCV保持不变,所以该数据片段内,电池输出电压的变化是由放电倍率变化引起的,因此得到等价电池模型为:
V=I*r+OCV (1-2)
式中,r为电池当前内阻值,该内阻包含极化内阻与欧姆内阻影响,I是汽车电池输出的电流值,OCV是锂电池的开路电压,V为电池输出电压;
步骤3.2、基于上述公式,采用最小二乘法计算每一个被标记的微数据片段对应的内阻r。
进一步地,步骤4所述的OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法,具体如下:
步骤4.1、根据Ah积分公式,建立OCV的状态方程:
Figure BDA0002334287300000062
式中,OCVk为需要计算的OCV变量,下标k表示时刻,OCVk-1为上一时刻的OCV变量;Ik-1为上一时刻电流的输入量,Δt为计算周期,Ca为电芯额定容量,SOH0是初始预估的SOH值,OCV是SOC的函数,HSOC是OCV相对于SOC的斜率,ηT为温度影响容量的系数;
步骤4.2、根据电池的等价电池模型,建立OCV计算的观测方程:
Vk=OCVk+Rk*Ik
Vk是电池当前电压,Ik、Rk分别为当前的电流和当前的内阻;
步骤4.3、在一段完整的放电数据滤波过程中,当滤波进行到非标记数据片段时,采用状态方程算法计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000071
式中,k表示时刻;
当滤波进行到标记数据片段时,采用Kalman的滤波公式计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000072
Figure BDA0002334287300000073
Figure BDA0002334287300000074
Figure BDA0002334287300000075
Figure BDA0002334287300000076
式中,Q为预估的状态方程的误差的协方差,R为预估的测量方程的误差的协方差,P0=0,OCV0电压刚上电时的单体电压值,Vk是当前的单体电压采集值,rk是标记数据片段辨识的内阻值,Ik是当前的采集电流值,
Figure BDA0002334287300000077
Figure BDA0002334287300000078
分别表示OCVk和Pk的过渡值;
步骤4.4、重复步骤4.1~步骤4.3直到电芯放电数据的所有放电曲线被滤波完成,得到不同电压区间范围的OCV数据段。
进一步地,步骤5所述的计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线,具体如下:
步骤5.1、将根据电芯厂家提供的原始OCV曲线,转化为一条“OCV-斜率”曲线片段,纵坐标为容量相对于OCV的斜率值,横坐标为OCV,该OCV的最小值为起始OCV点,最大值为终止OCV点;
步骤5.2、选择一条滤波的OCV片段,通过计算每个电压点的容量-OCV斜率值,将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,具体如下:
步骤5.2.1、在一条OCV片段数据中,选定电压点,该电压点对应时间节点为t,从该时间点向前累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vu,向后累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vd,则该时间点斜率计算公式为:
Figure BDA0002334287300000081
式中,Ct即为选中的电压点的斜率值;
步骤5.2.2、通过公式(1-3)计算每个电压点的平均斜率的方式,将一条OCV片段转化为一条“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.3、重复步骤5.2,将所有的OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.4、通过计算每个电压点的斜率值平均值,采用将多条“OCV-斜率”曲线片段融合为一条完整的“OCV-斜率”曲线;
步骤5.5、根据融合后的“OCV-斜率”曲线,在起始OCV点到终止OCV点区间范围内积分,得到容量值AhCa;
步骤5.6、当积分的容量值达到AhCa*5%、AhCa*10%、AhCa*15%......AhCa*100%时,记录对应的电压点,此时这些电压点分别对应SOC的5%,10%、15%.....100%,再添加起始OCV点对应SOC为0%,得到新的OCV曲线。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
结合图1,本实施例一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,包括以下步骤:
步骤1、数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据,具体如下:
步骤1.1、车联网时,将某汽车电芯实时的电压、电流数据实时上传到云端存储;
步骤1.2、从云端提取最近两个月的电芯数据,包括电流、单体电压、温度数据,累计剩余数据的放电电量,如果累计电量超过额定容量*10,表示选取的电芯数据有效;如果累计电量小于额定容量*10,则适当扩大选取的时间范围;
步骤1.3、剔除温度小于0℃的放电数据;
步骤1.4、剔除BMS上报采集异常的数据。在汽车行车时,若温度比较低,汽车会启动加热机制,给电池加热,因此大部分行车工况数据是大于0℃的,BMS数据采集异常的情况也是非常罕见情况,因此,虽然筛选数据的过程中会剔除数据,但是剔除的并不多。
步骤2、数据标记:将数据划分为30s的微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段,具体如下:
步骤2.1、筛选目标单体电芯的数据,按照时间,将选取的数据,划分成30s范围的微片段。初始放电时间5min以内的数据,因为初始放电极化内阻并没有完全充分表现出其分压能力,所以要该时间段电池数据不进行标记。
步骤2.2、将电流转化为倍率形式,计算公式为(1-1),其中I是电流,Ca是电芯额定容量,IC是倍率值:
Figure BDA0002334287300000091
步骤2.3、为消除放电倍率过高和过低对内阻辨识的影响,因此平均倍率较大和倍率较小的微数据片段不进行标记。计算微数据片段的平均倍率,倍率小于0.1C和倍率大于0.7C的数据片段不进行标记;
步骤2.4、计算剩余微数据片段的方差值,方差越大表示该小段数据越复杂,表现出的电池特性越充分,则内阻值辨识的越准确。对方差大于阈值M的数据片段进行标记,阈值M的取值范围为0.1-0.5。
电动汽车正常使用情况下,绝大部分的行车工况在0.1—0.7C之间,且由于行车工况复杂性,因此每一段完整放电数据中,会有许多的微数据片段被标记出来。
步骤3所述的内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识,具体如下:
步骤3.1、被标记的微数据片段的时间范围是30s,由于存在大于M的方差,该数据片段的平均倍率会在0.5C以下,因此SOC变化率不会超过0.42%。由于SOC变化幅度小,在标记的微数据片段中,SOC引起的OCV变化可以忽略,即微数据片段中的OCV保持不变,所以该数据片段内,电池输出电压的变化是由放电倍率变化引起的。因此可以采用下述的公式做为等价电池模型:
V=I*r+OCV (1-2)
式中,r为电池当前内阻值,该内阻包含极化内阻与欧姆内阻影响,I是汽车电池的输出电流值,V是电池输出电压;
步骤3.2、基于上述公式,采用最小二乘法计算每一个被标记的微数据片段对应的内阻r,上述公式的拟合也会直接得到该数据片段的OCV值,但是这种OCV波动性较大,不能采用。
步骤4、OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法,具体如下:
步骤4.1、根据Ah积分公式,建立OCV的状态方程:
Figure BDA0002334287300000101
式中,OCVk为需要计算的OCV变量,下标k表示时刻,OCVk-1为上一时刻的OCV变量;Ik-1为上一时刻电流为输入量,Δt为计算周期,Ca为额定容量值,SOH0为初始预估的SOH值,OCV(开路电压)是SOC的函数,HSOC是OCV相对于SOC的斜率,ηT为温度影响容量的系数;
步骤4.2、根据电池的等价电池模型,建立OCV计算的观测方程:
Vk=OCVk+Rk*Ik
式中,Vk为电池当前电压,Ik、Rk分别为当前的电流和内阻;
步骤4.3、在一段完整的放电数据滤波过程中,,当滤波进行到非标记数据片段时,仅仅采用状态方程去滤波计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000102
式中,k表示时刻;
步骤4.4、当滤波进行到标记数据片段时,采用Kalman的滤波公式计算OCV,公式为:
Figure BDA0002334287300000103
Figure BDA0002334287300000104
Figure BDA0002334287300000105
Figure BDA0002334287300000106
Figure BDA0002334287300000107
式中,Q为预估的状态方程的误差的协方差,R为预估的测量方程的误差的协方差,P0=0,OCV0电压刚上电时的单体电压值,Vk是当前的单体电压采集值,rk是标记数据片段辨识的内阻值,Ik是当前的采集电流值,
Figure BDA0002334287300000108
Figure BDA0002334287300000109
分别表示OCVk和Pk的过渡值;一段完整的放电数据被滤波前后,形式如图2所示。
步骤4.5、重复步骤4.1~步骤4.4直到该电芯数据的所有放电曲线被滤波完成,得到不同区间范围的OCV数据段,如图3所示。
步骤5所述的计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线,具体如下:
步骤5.1、根据电芯厂家提供的OCV曲线,制作第一条“OCV-斜率”曲线,形式如图4所示;
步骤5.2、选择一条滤波的OCV片段,通过计算每个电压点的“容量-OCV”斜率值,将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,结合图5,具体如下:
步骤5.2.1、在一条OCV片段数据中,选定电压点,该电压点对应时间节点为t,从该时间点向前累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vu,向后累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vd,则该时间点斜率计算公式为:
Figure BDA0002334287300000111
式中,Ct即为选中的电压点的斜率值;
步骤5.2.2、通过公式(1-3)计算每个电压点的平均斜率的方式,将一条OCV片段转化为一条“OCV-斜率”曲线片段。
步骤5.3、重复步骤5.2~步骤5.2.2,将所有的OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,最终结果如图5所示,其中曲线①是厂家提供的OCV曲线转化成的斜率曲线,曲线②-⑤是滤波得到的OCV片段转化的斜率曲线;
步骤5.4、通过计算每个电压点的斜率值平均值,采用将多条“OCV-斜率”曲线片段融合为一条完整的“OCV-斜率”曲线,如图6所示。
步骤5.5、根据融合后的“OCV-斜率”曲线,在起始OCV点到终止OCV点区间范围内积分,得到容量值AhCa。设融合后的“OCV-斜率”曲线,起始OCV电压点为3.205,终止OCV电压点4.156。从电压点3.205开始对斜率曲线进行积分,积分到电压点4.156,此时的积分值为AhCa,该值可以认为是电池在采样周期中内的平均容量,如图7所示。
步骤5.6、设AhCa=145Ah,当积分的容量值达到AhCa*5%、AhCa*10%、AhCa*15%......AhCa*100%时,记录对应的电压点,此时这些电压点分别对应SOC的5%,10%、15%.....100%,再添加起始OCV点对应SOC为0%,得到新的OCV曲线,具体如下:
计算AhCa的5%:145*0.05=7.25Ah
计算AhCa的10%为:145*0.1=14.5Ah
计算AhCa的100%为:145*1=145Ah
根据融合后的“OCV-斜率”曲线片段,从起始OCV点3.205开始积分,积分量为7.25Ah时,OCV电压点为3.275,对应SOC为5%;
积分量为14.5Ah时,OCV电压点为3.32,对应SOC为10%;
积分量为145Ah时,OCV电压点为4.156,对应SOC为100%。
结合起始OCV点3.205,对应SOC为0%,绘制最新的OCV曲线,结果如表1所示。
表1 OCV曲线
SOC OCV
0% 3.205
5% 3.275
10% 3.32
15% 3.357
20% 3.388
25% 3.418
30% 3.435
35% 3.449
40% 3.466
45% 3.489
50% 3.538
55% 3.57
60% 3.624
65% 3.676
70% 3.74
75% 3.782
80% 3.842
85% 3.915
90% 3.962
95% 4.023
100% 4.156
综上所述,本发明可以在线计算OCV,不需要对电池包进行拆解,不需要大量测试设备和环境,只需要收集汽车实时运行的数据,方法简单,计算成本低;通过在线计算OCV,可以实时更新每一节电池的当前OCV的情况,为SOX准确性预估提供辅助,准确性高;逻辑简单,采用统计方法处理大量数据,OCV计算结果稳定,鲁棒性高。

Claims (5)

1.一种基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据;
步骤2、数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段;
步骤3、内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识;
步骤4、OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法;
步骤5、计算OCV:将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,并统计融合为一条完整“OCV-斜率”曲线,最后利用积分得到新的OCV曲线,具体如下:
步骤5.1、将根据电芯厂家提供的原始OCV曲线,转化为一条“OCV-斜率”曲线片段,纵坐标为容量相对于OCV的斜率值,横坐标为OCV,该OCV的最小值为起始OCV点,最大值为终止OCV点;
步骤5.2、选择一条滤波的OCV片段,通过计算每个电压点的容量-OCV斜率值,将OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段,具体如下:
步骤5.2.1、在一条OCV片段数据中,选定电压点,该电压点对应时间节点为t,从该时间点向前累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vu,向后累计1%的额定容量的电量对应的电压为Vd,则该时间点斜率计算公式为:
Figure FDA0003454534030000011
式中,Ct即为选中的电压点的斜率值;
步骤5.2.2、通过公式(1-3)计算每个电压点的平均斜率的方式,将一条OCV片段转化为一条“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.3、重复步骤5.2,将所有的OCV片段转化为“OCV-斜率”曲线片段;
步骤5.4、通过计算每个电压点的斜率值平均值,采用将多条“OCV-斜率”曲线片段融合为一条完整的“OCV-斜率”曲线;
步骤5.5、根据融合后的“OCV-斜率”曲线,在起始OCV点到终止OCV点区间范围内积分,得到容量值AhCa;
步骤5.6、当积分的容量值达到AhCa*5%、AhCa*10%、AhCa*15%......AhCa*100%时,记录对应的电压点,此时这些电压点分别对应SOC的5%,10%、15%.....100%,再添加起始OCV点对应SOC为0%,得到新的OCV曲线。
2.根据权利要求1所述的基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,其特征在于,步骤1所述的数据筛选:收集温度大于0℃的行车数据,具体如下:
步骤1.1、车联网时,将电芯实时的电压、电流数据实时上传到云端存储;
步骤1.2、选取近两个月总放电量超过10*额定容量的数据,若两个月总放电量不足10*额定容量,则扩大选取的时间范围;
步骤1.3、剔除温度小于0℃的放电数据;
步骤1.4、剔除BMS上报采集异常的数据。
3.根据权利要求1所述的基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,其特征在于,步骤2所述的数据标记:将数据划分为微数据片段,将放电电流值转换为倍率形式,计算方差,标记出方差大于设定阈值M的微数据片段,具体如下:
步骤2.1、初始放电时间5min以内的数据不需要被标记,将放电的电流数据划分为30s的微数据片段;
步骤2.2、将电流转化为倍率形式,计算公式为(1-1),其中I是电流,Ca是电芯额定容量,IC是倍率值:
Figure FDA0003454534030000021
步骤2.3、计算微数据片段的平均倍率,平均倍率小于0.1C和倍率大于0.7C的微数据片段不需要被标记;
步骤2.4、计算剩余微数据片段的方差值,对方差大于阈值M的数据片段进行标记,阈值M的取值范围为0.1-0.5。
4.根据权利要求1所述的基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,其特征在于,步骤3所述的内阻辨识:对标记的微数据片段进行内阻辨识,具体如下:
步骤3.1、在标记的微数据片段中,SOC引起的OCV变化能够忽略,即微数据片段中的OCV保持不变,所以该数据片段内,电池输出电压的变化是由放电倍率变化引起的,因此得到等价电池模型为:
V=I*r+OCV (1-2)
式中,r为电池当前内阻值,该内阻包含极化内阻与欧姆内阻影响,I是汽车电池输出的电流值,OCV是锂电池的开路电压,V为电池输出电压;
步骤3.2、基于上述公式,采用最小二乘法计算每一个被标记的微数据片段对应的内阻r。
5.根据权利要求1所述的基于微片段数据和电压滤波的OCV在线计算方法,其特征在于,步骤4所述的OCV片段获取:对放电电压数据进行滤波,当滤波进行到被标记的数据段时,采用Kalman滤波算法;当滤波进行到非标记的数据段时,采用状态方程算法,具体如下:
步骤4.1、根据Ah积分公式,建立OCV的状态方程:
Figure FDA0003454534030000031
式中,OCVk为需要计算的OCV变量,下标k表示时刻,OCVk-1为上一时刻的OCV变量;Ik-1为上一时刻电流的输入量,Δt为计算周期,Ca为电芯额定容量,SOH0是初始预估的SOH值,OCV是SOC的函数,HSOC是OCV相对于SOC的斜率,ηT为温度影响容量的系数;
步骤4.2、根据电池的等价电池模型,建立OCV计算的观测方程:
Vk=OCVk+Rk*Ik
Vk是电池当前电压,Ik、Rk分别为当前的电流和当前的内阻;
步骤4.3、在一段完整的放电数据滤波过程中,当滤波进行到非标记数据片段时,采用状态方程算法计算OCV,公式为:
Figure FDA0003454534030000032
式中,k表示时刻;
当滤波进行到标记数据片段时,采用Kalman的滤波公式计算OCV,公式为:
Figure FDA0003454534030000033
Figure FDA0003454534030000034
Figure FDA0003454534030000035
Figure FDA0003454534030000036
Figure FDA0003454534030000037
式中,Q为预估的状态方程的误差的协方差,R为预估的测量方程的误差的协方差,P0=0,OCV0电压刚上电时的单体电压值,Vk是当前的单体电压采集值,rk是标记数据片段辨识的内阻值,Ik是当前的采集电流值,
Figure FDA0003454534030000041
Figure FDA0003454534030000042
分别表示OCVk和Pk的过渡值;
步骤4.4、重复步骤4.1~步骤4.3直到电芯放电数据的所有放电曲线被滤波完成,得到不同电压区间范围的OCV数据段。
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