本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體是一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動汽車中。電池管理系統(tǒng)通過收集電池的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，能夠提供狀態(tài)估計、故障診斷和安全警告等多種功能。電動汽車中各種電池指標(biāo)的準(zhǔn)確反饋對駕駛員的駕駛體驗和安全保障至關(guān)重要，其中剩余續(xù)航里程的準(zhǔn)確反饋對于緩解駕駛員的續(xù)航里程焦慮至關(guān)重要。因此，準(zhǔn)確估算電池剩余能量是準(zhǔn)確反饋剩余續(xù)航里程的基礎(chǔ)。

2、目前，鋰離子電池能量狀態(tài)估計的方法主要包括耦合計算法、功率積分法、基于模型的方法(如等效電路法)以及數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。其中，耦合計算法首先建立能量狀態(tài)與其他電池狀態(tài)指標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，然后通過其他電池狀態(tài)估計指標(biāo)來間接估算能量狀態(tài)。然而，由于其他狀態(tài)指標(biāo)自身存在估計誤差，這些誤差在耦合計算過程中會被傳遞到能量狀態(tài)的估計結(jié)果中，這是該方法的不足之處；功率積分法是一種在電池運行過程中對功率進行積分來計算能量的方法，其形式簡單，也是其他能量估計建模方法的基礎(chǔ)。功率積分法計算資源需求較低，適合應(yīng)用于嵌入式設(shè)備，但其缺點是隨著迭代次數(shù)的增加，誤差會逐漸累計，最終導(dǎo)致估計結(jié)果與實際能量狀態(tài)之間存在較大偏差；等效電路法作為一種基于模型的能量狀態(tài)建模方法，在能量狀態(tài)的更新機制上仍然采用了功率積分法，同樣未能有效解決功率積分法累計誤差的問題；隨著計算資源的發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法成為鋰離子電池能量狀態(tài)估計的新穎方法，作為一個非線性的“黑盒”系統(tǒng)，通過建立輸入特征與能量狀態(tài)指標(biāo)之間的關(guān)系，能有效捕獲能量狀態(tài)的數(shù)據(jù)特征，但該方法過于依賴訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，在不同工況下的魯棒性是值得進一步探究的。

3、綜上而言，目前對能量狀態(tài)估計研究大多采用的基于功率積分和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，仍存在以下問題：基于功率積分的建模方法未能有效降低累計誤差的問題，導(dǎo)致隨著迭代次數(shù)的增加，能量狀態(tài)估計的誤差逐漸累計，從而限制了功率積分法的性能。而數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法在捕獲能量狀態(tài)估計的數(shù)據(jù)特征中十分有效，但其高度依賴于數(shù)據(jù)集的質(zhì)量，面對未知工況時，需考慮其魯棒性。此外，目前關(guān)于如何將數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的核心機制引入形式相對簡單的功率積分法中的研究尚不明確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法，其能夠降低功率積分法中的累計誤差，提高能量狀態(tài)估計精度，考慮電池老化因素，提升能量補償?shù)倪m用性，在能量補償時融入dropout技術(shù)，提升算法的魯棒性和適應(yīng)性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法，包括以下步驟：

3、步驟一、能量狀態(tài)估計誤差的分析

4、功率積分法在第k次迭代時估計的能量狀態(tài)記為soepi(k)，定義第k次迭代時的可變最大能量指標(biāo)ev(k)為：

5、

6、其中，

7、er,0,k＝er·[soe(0)-soer(k)]?(2)

8、功率積分法在第k次迭代時的能量狀態(tài)估計誤差δsoe(k)為：

9、δsoe(k)＝|soepi(k)-soer(k)|?(4)

10、式中，er,0,k表示從初始狀態(tài)到第k次迭代的累計參考能量，soe(0)表示初始能量狀態(tài)，er表示參考最大能量指標(biāo)，soer(k)表示第k次迭代時的參考能量狀態(tài)；

11、步驟二：可變最大能量與參考最大能量的分析

12、在第k次迭代時可變最大能量指標(biāo)與參考最大能量指標(biāo)的最大能量誤差δevr(k)為：

13、

14、當(dāng)soepi(k)大于或小于soer(k)時，將最大能量誤差δevr(k)補償?shù)焦β史e分法從初始狀態(tài)到第k次迭代的累計放電能量epi,0,k中，當(dāng)soepi(k)等于soer(k)時，不進行補償；

15、步驟三：帶有能量補償機制的功率積分法

16、帶有能量補償機制的功率積分法的理想形式為：

17、

18、其中，

19、

20、考慮電池老化的能量狀態(tài)補償如下：

21、

22、式中，soepic(k)表示第k次迭代時帶有能量補償機制的功率積分法計算的能量狀態(tài)，表示能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，v(i)和i(i)分別表示第i次迭代時的電壓和電流，δt表示采樣時間，δsoec(i)表示能量狀態(tài)的補償值，δevr(i)表示第i次迭代時的最大能量誤差，δsoeca(i)表示第i次迭代時考慮電池老化的能量狀態(tài)補償值，υ＝cr/ct，cr表示當(dāng)前循環(huán)最大容量，ct表示額定最大容量；

23、步驟四：dropout技術(shù)下帶有能量狀態(tài)補償?shù)墓β史e分法

24、在步驟三的基礎(chǔ)上，利用dropout技術(shù)，每次迭代提供能量狀態(tài)補償值δsoeca(i)時隨機屏蔽部分補償值，最終得到的功率積分法如下：

25、

26、式中，ψ0～1表示能量狀態(tài)補償?shù)钠帘胃怕省?/p>

27、進一步的，所述能量狀態(tài)的補償值δsoec(i)為百分比形式的值，并且在第i次迭代時，與放電能量狀態(tài)保持相同的數(shù)量級。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明為了分析功率積分法中累計誤差產(chǎn)生的原因，設(shè)計可變最大能量指標(biāo)，并基于該指標(biāo)進行深入分析，設(shè)計能量補償機制來降低功率積分法中的累計誤差，提高能量狀態(tài)估計精度，考慮電池老化因素，提升在不同電池老化階段下能量補償?shù)倪m用性，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境溫度和充放電倍率條件，在能量補償時融入dropout技術(shù)，以防未知運行工況下能量狀態(tài)的過度校正，提升算法的魯棒性和適應(yīng)性，可為準(zhǔn)確的能量狀態(tài)估計提供理論基礎(chǔ)，保障電動汽車的安全行駛，提升駕駛體驗。

技術(shù)特征：

1.一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法，其特征在于：所述能量狀態(tài)的補償值δsoec(i)為百分比形式的值，并且在第i次迭代時，與放電能量狀態(tài)保持相同的數(shù)量級。

技術(shù)總結(jié)
一種用于能量狀態(tài)估計的帶有能量補償機制的功率積分法，涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。通過能量狀態(tài)估計誤差的分析，可變最大能量與參考最大能量的分析，探究功率積分法中能量狀態(tài)的補償機制，并在帶有能量狀態(tài)補償?shù)墓β史e分法中引入Dropout技術(shù)。能夠降低功率積分法中的累計誤差，提高能量狀態(tài)估計精度，考慮電池老化因素，提升能量補償?shù)倪m用性，在能量補償時融入Dropout技術(shù)，提升算法的魯棒性和適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙林輝,賈凱
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6