[發明專利]基于GM（1，1）灰色模型的電池開路電壓預測方法

有效

• 申請號: 201410231986.3
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103983833A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 張承慧;商云龍;崔納新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于GM(1，1)灰色模型的電池開路電壓預測方法。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小且無記憶效應等突出優點，是最新一代的綠色、高能動力電池，近年來得到了飛速發展，廣泛應用在電動汽車和混合電動汽車中。

電池開路電壓(open-circuit?voltage，OCV)是指當電池在靜止足夠長的時間(一般為8個小時以上)后，電池達到穩定狀態時，電池的端電壓。該參數與電池荷電狀態(SOC)存在較強的非線性關系，建立電池開路電壓與SOC間的關系模型在電池建模中起著至關重要的作用。目前電池的開路電壓一般采用實驗法獲得，獲得每個SOC點對應的開路電壓時，就需要靜置8個小時以上的時間，因此要獲得所有點的充放電開路電壓可能要耗費幾天甚至幾十天的時間，費時費力。為此，文獻(Abu-Sharkh?S,Doerffel?D.Rapid?test?and?non-linear?model?characterisation?of?solid-state?lithium-ion?batteries[J].Journal?of?Power?Sources,2004,130(1):266-274.)提出了一個快速測量OCV的方法，該方法在充放電過程中，在不同的SOC點(例如10％,20％,...,80％,90％)靜止一分鐘，獲得對應的電池端電壓。將整個充電過程中不同SOC點對應的靜置1分鐘后的電池端電壓連接成一條線；將整個放電過程中不同SOC點對應的靜置1分鐘后的電池端電壓連接成一條線，取兩條線的平均值即為要測量的對應不同SOC值的電池開路電壓。這種方法雖然在一定程度上節約了實驗時間，但是不能獲取用于電池建模的充電開路電壓和放電開路電壓，且獲得的開路電壓可能存在較大的誤差。

對電池進行脈沖充放電，當負載電流為零時，電池端電壓的變化過程，非常接近于指數變化，文獻(徐欣歌,楊松,李艷芳,陳文薌.一種基于預測開路電壓的SOC估算方法[J].電子設計工程,2011,14:127-129.)使用一階或二階指數函數基于最小二乘法來擬合電池端電壓的變化，從而得到電池的開路電壓。該方法如上所述也需要電池靜置足夠長的時間，對數據的采樣密度要求較高(通常為1s一個點)，并且估計精度較低。GM(1，1)灰色模型能夠準確預測具有明顯指數規律的序列，為電池開路電壓的準確預測提供了一種新途徑。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種基于GM(1，1)灰色模型的電池開路電壓預測方法，根據電池充放電后電池端電壓的恢復特性，基于灰色系統理論建立了電池端電壓的GM(1，1)新陳代謝預測模型，每次都是針對最新的10次電池端電壓數據來預測下一次的端電壓，實現了對電池開路電壓的準確預測，精度高于傳統的基于指數函數擬合的方法，且節約了實驗時間，對數據密度要求較低，只需1分鐘采樣一次。該方法簡單易行、魯棒性好，具有很大的實際應用價值。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

基于GM(1，1)灰色模型的電池開路電壓預測方法，包括以下步驟：

步驟一：將電池的端電壓數據按時間編碼，形成電池端電壓的系統特征數據序列U⁽⁰⁾；

步驟二：從系統特征數據序列U⁽⁰⁾中，獲取電池當前按時間最新的設定次電壓數據，將獲取設定次容量數據作灰色處理；

步驟三：計算電池端電壓進行灰色預測跟蹤所需的灰作用量，得到電池端電壓的等維遞補灰色單變量一階時間響應序列，并進行電池端電壓的灰色預測跟蹤；

步驟四：根據步驟三獲得的電池端電壓的等維遞補灰色單變量一階時間響應序列，通過累減生成，還原為相應變量的原數列值，并按均方差檢驗方法對系統特征數據序列U⁽⁰⁾相應的模型模擬序列的精度進行檢驗。

所述步驟一中，電池端電壓的系統特征數據序列U⁽⁰⁾的公式為：

U⁽⁰⁾＝(u(1),u(2),…,u(j))???(1)

式中，k為正整數，為采樣時刻；u(j)為電池在j時刻的電池端電壓值，其中j＝1,2,…,k-1。

所述步驟二中，獲取電池當前按時間最新的設定次容量數據，具體為：從系統特征數據序列U⁽⁰⁾中，獲取電池當前最新的10次容量數據：u(k-10)～u(k-1)，其中k為預測時刻且k>10；

所述步驟二中，將獲取設定次容量數據作灰色處理，具體包括：