[發(fā)明專利]使用高斯過程回歸估計電池充電狀態(tài)的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780031945.1
• 申請日: 2017-05-29
• 公開（公告）號: CN109196366B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·帕約維齊;G·奧茲坎;扎菲爾·沙欣奧盧;王燁賓;菲利普·奧爾利克
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G01R31/3842
• 分類號: G01R31/3842
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉;李輝

公開了估計電池的充電狀態(tài)(SoC)的方法和系統(tǒng)。方法在給定了一組電池狀態(tài)歷史測量物理量和電池的SoC的對應(yīng)的一組歷史值的情況下確定SoC值的第一聯(lián)合高斯分布。方法使用一組歷史測量物理量和SoC的對應(yīng)的一組歷史值、電池的當前測量物理量以及第一聯(lián)合高斯分布來確定SoC的該第二聯(lián)合高斯分布。最后，方法根據(jù)該第二聯(lián)合高斯分布確定電池的SoC的當前值的均值和方差。該均值是電池的當前SoC的估計，并且該方差是該估計的置信度。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電池充電狀態(tài)(SoC)估計的方法和系統(tǒng)。更具體地，本公開涉及估計可充電電池的充電狀態(tài)。

背景技術(shù)

充電狀態(tài)(SoC)被定義為電池中殘存的可用電荷的百分比。SoC給出何時應(yīng)對電池充電的指示，該指示可以使得電池管理系統(tǒng)能夠通過使電池免于過放電或過充電情況來提高電池壽命。因此，為了合適的電池管理而準確測量SoC是非常重要的。

可充電電池借助可逆化學(xué)反應(yīng)來存儲能量。傳統(tǒng)上，可充電電池提供較低的使用成本，并且與非可充電電池相比結(jié)果是支持朝向影響環(huán)境的綠色倡議。例如，在包括消費性電子產(chǎn)品、住宅屋頂太陽光伏系統(tǒng)、電動車輛、智能電網(wǎng)系統(tǒng)等中的大量應(yīng)用中，鋰離子(Li離子)可充電電池已經(jīng)廣泛部署作為主能量存儲部件。Li離子電池超過具有不同化學(xué)反應(yīng)的其他類型的電池的至少一些主要優(yōu)點是低自放電率、高單電池電壓、高能密度、輕量化、長壽命以及低維護。

然而，Li離子電池和其他類型的電池是化學(xué)能存儲源，并且該化學(xué)能無法直接使用。該問題導(dǎo)致難以估計電池的SoC。因為電池模型無法捕捉基于物理學(xué)的非線性動力學(xué)和關(guān)聯(lián)的參數(shù)不確定性，所以SoC的準確估計依然非常復(fù)雜并且難以實施。在實踐中發(fā)現(xiàn)電池的SoC的估計的差的準確性和可靠性的許多示例。

傳統(tǒng)SoC電池估計技術(shù)通常被分類為基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。基于模型的方法利用捕捉電池的化學(xué)和物理過程的模型。數(shù)據(jù)驅(qū)動方法使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)來將電池的物理量的測量映射到SoC的對應(yīng)值。然而，因為電池是表示發(fā)生在電池中的物理和化學(xué)過程的許多子系統(tǒng)的互聯(lián)系統(tǒng)，所以電池中的過程非常復(fù)雜。各子系統(tǒng)的輸出相加地得到總SoC。這種復(fù)雜性允許僅使用過度簡化模型或簡化映射，這防止了對電池SoC的準確估計。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

因此，需要用于估計電池的SoC的改進方法和系統(tǒng)。

技術(shù)方案

一些實施方式基于以下認識：電池工作的環(huán)境中的條件(諸如外部溫度、濕度、空氣運動)以不可預(yù)測的方式變化，從而使得電池子系統(tǒng)的輸出以不可預(yù)測(例如，隨機)的方式變化。由此，子系統(tǒng)輸出可以被建模作為隨機變量，因此產(chǎn)生的SoC也是隨機的。

為此，一些實施方式基于以下認識：通過調(diào)用中心極限定理(CLT)，在給定輸入測量的情況下，產(chǎn)生的SoC可以被建模作為高斯分布。類似地，與不同輸入對應(yīng)的SoC值在給定這些輸入的情況下根據(jù)CLT是聯(lián)合高斯分布的。

因此，一些實施方式在給定輸入的情況下確定輸出的第一聯(lián)合高斯分布的參數(shù)，例如在給定訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的輸入和對應(yīng)輸出的訓(xùn)練階段期間進行。在估計階段期間，一些實施方式在給定了一組測量結(jié)果和當前測量的情況下使用第一聯(lián)合高斯分布的參數(shù)來確定SoC的值的第二聯(lián)合高斯分布和電池的SoC的當前值。這樣，可以概率地確定電池的SoC，例如，可以根據(jù)第二聯(lián)合高斯分布來確定電池的SoC的當前值的均值和方差。