[发明专利]一种锂离子电池荷电状态估计方法及装置

说明书

本发明提供了一种锂离子电池荷电状态估计方法及装置，所述方法包括离线训练阶段和在线估计阶段：所述离线训练阶段，基于历史放电电压数据和温度数据提取锂离子电池在各个历史时刻的特征；将锂离子电池在一个历史时刻的特征作为一个样本，基于样本数据训练回归预测模型；所述在线估计阶段，基于实时放电电压数据和温度数据提取锂离子电池在当前时刻的特征；将锂离子电池在当前时刻的特征输入回归预测模型，输出锂离子电池荷电状态估计值。本发明基于锂离子电池单体在放电过程中的端电压和温度数据来实现荷电状态估计，相比于现有的荷电状态方法，本发明不仅无需初始荷电状态信息、不存在累积误差，且能适用于在线估计场景。

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种锂离子电池荷电状态估计方法及装置。

背景技术

在锂离子电池的应用中，准确的荷电状态估计必不可少。荷电状态通常用于表征锂离子电池的剩余容量，其值为剩余容量与额定容量的比值。准确的荷电状态估计有利于优化电池管理系统的控制策略，防止锂离子电池过充过放，延长电池的寿命，提高系统的整体安全性和可靠性。然而，锂离子电池的荷电状态通常无法直接测量。

目前，常用的电池荷电状态估计算法有：安时法和开路电压法。安时法，又称库仑计数法，该方法通过计算电流随时间的积分，累积电池在充电或放电时充入的电量或放出的电量来估计电池的荷电状态。该方法结构简单，易于实施，但缺点也十分明显。其主要缺点之一是，需要初始的荷电状态信息；缺点之二就是，该方法为开环方法，存在累积误差，需要定期校正，以防止产生过大偏差。开路电压法利用锂离子电池开路电压与荷电状态之间的对应关系，直接通过测量电池开路电压进而使用查表等方法直接估计电池的荷电状态。该方法结构简单，但由于开路电压通常需要较长停机时间方可测量，因此不适用于在线估计场景。

因此，有必要设计一种能适用于在线估计场景，且准确高效的锂离子电池荷电状态估计方法及装置。

发明内容

本发明针对现有方法存在的问题，提出了一种锂离子电池荷电状态估计方法及装置，能适用于在线估计场景，且能准确高效地估计锂离子电池荷电状态。

本发明所提供的技术方案为：

一方面，提供一种锂离子电池荷电状态估计方法，包括离线训练阶段和在线估计阶段：

所述离线训练阶段，基于历史放电电压数据和温度数据提取锂离子电池在各个历史时刻的特征；将锂离子电池在一个历史时刻的特征作为一个样本，基于样本数据训练回归预测模型；

所述在线估计阶段，基于实时放电电压数据和温度数据提取锂离子电池在当前时刻的特征；将锂离子电池在当前时刻的特征输入回归预测模型，输出锂离子电池荷电状态估计值。

进一步地，锂离子在任一时刻t的特征包括：该时刻锂离子电池的端电压V(t)、端电压变化率表面温度变化率和所处工作阶段Stage(t)。在整个放电过程中锂电池的电压曲线(放电曲线)可以分为3个阶段，根据t时刻锂离子电池的端电压V(t)和端电压变化率判断该时刻锂离子电池的端电压处于放电曲线上的哪个阶段，即该时刻锂离子电池所处工作阶段。

进一步地，t时刻锂离子电池的端电压变化率表面温度变化率计算方法为：

其中，T(t)为t时刻锂离子电池的表面温度，△V为锂离子电池端电压变化量，△T为锂离子电池表面温度变化量，△t为时间间隔。

进一步地，t时刻锂离子电池所处工作阶段Stage(t)根据以下阶段划分算法确定：

若t时刻锂离子电池的端电压V(t)V_d，则该时刻锂离子电池的端电压处于放曲线上的第一个阶段，即该时刻锂离子电池所处工作阶段为Stage₁，即Stage(t)＝Stage₁；