[發明專利]一種基于ANFIS模型的公交車電池SOC預測方法

在審

• 申請號: 202010197415.8
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111398832A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 吳艷霞;韓亞璋;陳旭;彭希強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01R31/387
• 分類號: G01R31/387;G01R31/396;G01R31/367;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 時起磊

一種基于ANFIS模型的公交車電池SOC預測方法，它屬于公交車電池SOC預測技術領域。本發明解決了現有方法對電池SOC預測的誤差大，預測的準確率低的問題。本發明首先確定電壓、電流、平均溫度和電池組內最大電壓差為模型輸入，其次，采用密度函數對樣本加權的方式優化FCM算法目標函數與聚類中心的計算，并通過模擬遺傳退火算法得到FCM聚類結果，并最終建立ANFIS模型；然后采用基于粒子分布情況調整慣性權重的PSO算法進行ANFIS參數尋優；最后通過實際公交車的電池數據對模型進行評估。通過本發明方法可以有效減小電池SOC預測的誤差，提高SOC預測的準確率。本發明可以應用于公交車電池SOC預測。

技術領域

本發明屬于公交車電池SOC預測技術領域，具體涉及一種基于ANFIS模型的公交車電池SOC(State of Charge，荷電狀態)預測方法。

背景技術

近幾年，一些國家雖然已經在節能減排上做出一定努力，但是近年來環境惡化和能源短缺的問題在全球范圍內日益嚴重，特別是全球變暖的現象更是受到學者和工業部門的密切關注。加速開發和推廣新能源技術已成為全球共識，也是車輛工業發展的主要方向之一。新能源車輛的動力來源綠色無污染，因此新能源技術在車輛工業上的普及是處理當前全球石油資源日益短缺和環境變暖問題的重要途徑。我國在汽車工業上需要將新能源汽車作為主要研究方向。工信和信息化部也面向社會公開征求新能源車輛的發展意見。而新能源技術的關鍵在于研制安全、高效和低成本的動力電池，目前，磷酸鐵鋰電池因其熱穩定性好，能量比高和使用時間長等優點，逐漸成為新能源車輛動力來源的主要選用的電池類型之一。

電池管理系統(Battery Management System，BMS)是在電動車輛上無法缺少的一部分。該系統的職責在于保障動力電池的安全使用，對電池的使用做監控從而保證電動汽車可以安全行駛。而電池的荷電狀態是BMS中一個重要的狀態參數，其重要程度就如同燃油表在燃油汽車中的重要程度一樣。其定義由公式(1)表示。

式(1)中，C_r為電池剩余電量，C_n為電池在充滿電的情況下可以放出的電池電量。

較為準確的SOC對充電和放電策略具有指導性的作用。在電池充放電過程中SOC要到達最低值或最高值時，BMS可以發出報警信號，從而以保護電池免受過充電或者過放電帶來的損害。BMS的其他功能也有很大一部分是依賴于SOC的。此外，準確的SOC估計也可以輔助司機決定去給公交車充電的時間。然而SOC在應用場景中不能直接測量，往往只能基于電池工作時的其他參數如工作電壓、工作電流等因素進行判斷。而且SOC與各種因素之間的關系在高精度要求下是無法線性表示的，而且在電池工作中各種因素之間也會彼此影響。因此，獲得精確的SOC值既對BMS而言意義重大，也存在一定挑戰性。

公交車在公共交通中整體上應用最為普遍，也是得到新能源技術廣泛應用的一個場景。新能源公交車被廣泛應用的有兩種，一種是既使用汽油或柴油也使用電力的公交車，另一種是只使用電力的公交車。在純電動公交車中，大量的單體電池被串聯在一起組成電池組以滿足車輛運行時的能量需求。公交車行車工況復雜，那么研究出一個具有魯棒性和準確性的SOC預測模型對純電動公交車這個應用場景而言是極其重要的。

安時積分法由于其簡單且有效的特點被更為廣泛地應用在電池SOC預測上，但只有在提前知道初始SOC并且有高精度的電流傳感器的情況下才會有較小的誤差。開路電壓法由于其測量時間長的特點常常作為一種SOC校準的手段。卡爾曼濾波法是一種基于建立的等效電路的SOC預測方式，依賴于建立的等效電路在非線性系統中存在誤差較大的問題。模糊控制依賴于工程經驗。綜上所述，雖然現有方法在電池SOC預測上已經取得了一些成就，但是現有方法對電池SOC預測的誤差較大，預測準確率仍然較低。

發明內容

本發明的目的是為解決現有方法對電池SOC預測的誤差大，預測的準確率低的問題，而提出了一種基于ANFIS模型的公交車電池SOC預測方法。