[发明专利]基于GP-UKF的电动汽车动力电池在线SOH估算方法

权利要求书

1.基于GP-UKF的电动汽车动力电池在线SOH估算方法，其特征在于，该估算方法利用动力电池的日常充电数据与历史全充数据，来进行动力电池在线SOH评估；

该估算方法包括以下步骤:

步骤一、先将电动汽车上的动力电池放电至0电量，再充电至满电量，记录完整充电过程数据，并将该完整充电过程数据作为历史全充数据；

步骤二、提取电动汽车上动力电池的日常充电数据，并根据步骤一得到的历史全充数据对电动汽车上动力电池日常充电数据进行补全，得到完整的日常充电数据，利用安时积分法对完整的日常充电数据进行计算得到当前车辆动力电池容量的SOC估计值；

步骤三、利用高斯过程回归对日常充电数据中的电池容量和充电循环次数进行回归拟合，并根据拟合结果建立无迹卡尔曼滤波的状态方程和量测方程；

步骤四、以步骤二得到的当前车辆动力电池容量的SOC估计值为卡尔曼滤波观测值，并结合无迹卡尔曼滤波的状态方程和量测方程，进行无迹卡尔曼滤波迭代，得到动力电池当前容量值的最优估计，该动力电池当前容量值的最优估即为当前动力电池总容量Q_now；

步骤五、根据式：得到动力电池的SOH估计值，其中，Q_new表示动力电池出厂时总容量；

步骤二中对电动汽车上动力电池日常充电数据进行补全的具体步骤包括：

步骤二一、以日常充电数据中的充电电压数据绘制成片段充电电压曲线，并根据历史全充数据，确定出充电总时长以及特性参数；

步骤二二、根据步骤二一确定出的充电总时长以及特性参数对日常充电数据进行补全；

在步骤二一中确定出充电总时长以及特性参数的具体方法为：

步骤二一一、以历史全充数据中的充电电压数据绘制成完整的充电电压曲线；

步骤二一二、在完整的充电电压曲线中设立第一电压平台、第二电压平台和第三电压平台，以及设立六个拐点，从右到左依次为拐点1、拐点2、拐点3、拐点4、拐点5和拐点6，同时开始充电位置为完整充电电压曲线的起始点，终止充电位置为完整充电电压曲线的终止点，六个拐点将完整的充电电压曲线分为七个片段，通过终止充电位置对应的时刻与开始充电位置对应的时刻做差确定出充电总时长；

步骤二一三、对片段充电电压曲线和完整的充电电压曲线进行高斯拟合，确定出特性参数；所述特性参数的实现方式为：

步骤二一三一、使用求和方式计算该全充数据电池总容量；计算全充数据的电池总容量如式(3-3)所示：

其中I_i是每分钟采样的电流值，T是总充电时间；

步骤二一三二二、以拐点6—拐点5间平均电压为完整的充电电压曲线第一平台电压U1，以拐点4—拐点3间平均电压为完整的充电电压曲线第二平台电压U2，以拐点2—拐点1间平均电压为完整的充电电压曲线第三平台电压U3；计算各平台间压差，其中第一平台与第二平台之间压差为：

ΔV₁₂＝U2-U1 (3-4)

其中，ΔV₁₂为第一平台与第二平台之间压差；

第二平台与第三平台之间压差为：

ΔV₂₃＝U3-U2 (3-5)

其中，ΔV₂₃为第二平台与第三平台之间压差；

步骤二一三三、计算拐点5—拐点4间斜率：

k₄₅＝ΔV₁₂/t₁₂ (3-6)

其中t₁₂为拐点5—拐点4间的时间差，k₄₅为拐点5—拐点4间的斜率；

步骤二一三四、根据历史全充数据中的SOC计算拐点4—拐点3的SOC差值ΔSOC₃₄，拐点6—拐点5的SOC差值ΔSOC₅₆；

步骤二一三五、以起始点到拐点6间的数据拟合对数曲线方程：

U＝aln(t)+c (3-7)

其中，电压为U，时间为t，a和c分别为求得的两个拟合参数；在完整充电电压曲线的开始充电位置对应的时刻至拐点6对应的时刻之间选择两个时刻及对应的电压分别代入式(3-7)中，即可求得两个拟合参数a和c的具体值；

上述的全充数据的电池总容量、第一平台电压U1、第二平台电压U2、第三平台电压U3、第一平台与第二平台之间压差、第二平台与第三平台之间压差、拐点5—拐点4间斜率、拐点4—拐点3的SOC差值、拐点6—拐点5的SOC差值以及两个拟合参数均为特性参数；

步骤二二中根据充电总时长以及特性参数对日常充电数据进行补全的具体方法为：

步骤二二一、用三元组(t₁，I₁，S₁)，(t₂，I₂，S₂)，(t₃，I₃，S₃)分别表示完整充电电压曲线的拐点1、拐点2和拐点3，其中，t₁是指完整充电电压曲线中拐点1的时刻，I₁是指在t₁时刻充电的实时电流，S₁是指在t₁时刻充电的的实时SOC值；t₂是指完整充电电压曲线中拐点2的时刻，I₂是指在t₂时刻充电的实时电流，S₂是指在t₂时刻充电的的实时SOC值；t₃是指完整充电电压曲线中拐点3的时刻，I₃是指在t₃时刻充电的实时电流，S₃是指在t₃时刻充电的的实时SOC值；

步骤二二二、计算片段充电电压曲线的第三平台电压V₃，以t₁—t₂电压片段的平均电压表示；则可预测该片段充电电压曲线的第二平台电压为：

V₂＝V₃-ΔV₂₃ (3-8)

第一平台电压为：

V₁＝V₃-ΔV₂₃-ΔV₁₂ (3-9)

步骤二二三、计算拐点5—拐点4段的持续时间，此段为线性直线段：

t₅₄＝ΔV₁₂/k₄₅ (3-10)

步骤二二四、计算拐点4—拐点3和拐点6—拐点5持续时间；根据以上分析，认为片段充电电压曲线在拐点4—拐点3和拐点6—拐点5段的SOC值差值与完整充电电压曲线统一，取最近一次完整充电电压曲线根据式(3-3)计算动力电池容量Q_-past为当前总容量，则在拐点6—拐点5段和拐点4—拐点3段所充入电量分别为：

Q₅₆＝Q_-past*ΔSOC₅₆ (3-11)

Q₃₄＝Q_-past*ΔSOC₃₄ (3-12)

则拐点6—拐点5、拐点4—拐点3持续时间为

t₅₆＝Q₅₆/I₅₆ (3-13)

t₃₄＝Q₃₄/I₃₄ (3-14)

其中I₅₆和I₃₄分别是拐点6—拐点5和拐点4—拐点3段的平均电流，此处t₅₆和t₃₄为未知，利用电流的线性拟合方程用t₅₆和t₃₄分别表示出I₅₆和I₃₄，进而联合式(3-13)、(3-14)求解一元二次方程，解出t₅₆和t₃₄；

进而可计算得拐点4的时刻值为：

t₄＝t₃-t₃₄ (3-15)

拐点5的时刻值为：

t₅＝t₄-t₅₄ (3-16)

拐点6的时刻值为：

t₆＝t₅-t₅₆ (3-17)

步骤二二五、计算起始点到拐点6的持续时间t₀₆；由完整充电电压曲线拟合出起始点到拐点6的拟合方程，令充电起始电压为460V，则计算起始点到拐点6的持续时间为：

故起始点的时刻值为：

t₀＝t₆-t₀₆ (3-19)

步骤二二六、计算出t₀，t₆，t₅，t₄位置之后，对片段数据补全为全充数据的分段函数可表达式表达为：

步骤二二七、利用t₀—t₃段的差值，补全电流片段；将t₀—t₁段电流视为线性直线，则

步骤二二八、利用式(3-3)计算当前补全后的完整充电曲线段的动力电池总容量。