使用离散小波变换预测电池包的状态的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种使用离散小波变换预测电池包的健康状态的方法和设备。提供了一种预测电池包的状态的方法。所述方法包括如下步骤：获得对于所述电池包的多个选择的单元中的每一个单元的单元电压数据；对单元电压苏护具进行小波变换，以获得低频分量电压数据和高频分量电压数据；计算获得的单元电压数据、低频分量电压数据和高平分量电压数据的至少两项的各个标准偏差；基于计算的标准偏差预测电池包的健康状态SOH；基于低频分量电压数据预测电池包的电荷状态SOC。

【技术实现步骤摘要】
使用离散小波变换预测电池包的状态的方法和设备 本申请要求于2013年3月12日提交到美国专利和商标局的第61/778, 146号美 国临时专利申请的优先权和利益，该申请的全部内容通过参照合并于此。
本专利技术的一个或多个实施例的各方面涉及一种用于预测电池包的状态的设备，更 具体地讲，涉及使用离散小波变换来预测电池包的健康状态和电荷状态的设备。
技术介绍
随着诸如环境破坏、资源枯竭等严重问题的增加，对于能够存储能量并有效利用 所存储的能量的系统的兴趣在增加。另外，对于不产生污染而能够产生能量的新可再生能 源的兴趣也在增加。已经积极研究和开发了作为将现有系统与电力产生系统和电池系统链 接到一起的系统的能量存储系统以迎合现代环境改变，其中，能量产生系统用于产生可再 生能量，电池系统用于存储电能。 在能量存储系统中，电池系统存储由能量产生系统产生的新可再生能量和从现有 系统提供的电能，并将所存储的电能提供给负载或现有系统。在电池系统中，估计电池的剩 余容量是重要的功能。准确计算电池的剩余容量以控制电池的充电和放电，以使能量存储 系统有效操作。 关于电池的剩余容量，电阻和电容根据使用环境或使用的时间段而劣化。这导致 可用容量的减小或电阻的增加。然后，这导致在与电池的初始制造阶段相比时电池的健康 状态（S0H)(g卩，性能）的降低。由于电池的S0H的降低，因此在与电池的初始制造阶段相 比时，对电池的剩余容量的估计是不准确的。 当对电池的剩余容量的估计不准确时，能量存储系统的操作效率降低，可能出现 危险状态。例如，当尽管实际剩余容量是80%，但计算的剩余容量是30%时，车辆控制器可确 定充电是必需的，从而对电池进行过充电。相反，当尽管实际剩余容量是30%，但计算的剩 余容量是80%时，电池可被过放电。这种电池的过充电或过放电可导致电池的起火或爆炸。 因此，为了针对电池系统的有效操作和危险防范，应准确地估计电池的S0H。 存在各种S0H估计方法。第一种方法是通过对于电池的完全充电和完全放电来直 接测量剩余容量。当如此确定电池的S0H时，第一种方法不是有效的，这是因为作为这种方 法的一部分的电池的完全充电和完全放电。 S0H估计的第二种方法是，将预定频率的硬件负载直接连接到电池，然后测量负载 的阻抗。因为诸如该方法的电路构成部分的开销、误差、耐久性、传感器的成本等因素，第二 种方法也不是有效的。 第三种方法是，获取预定时间段的电流数据和电压数据，并从获取的数据确定间 接阻抗和剩余容量。但是，因为固有的非线性和干扰，第三种方法具有低准确度且非常复 杂。另外，当随着电池老化而电阻分量的大小增加时，剩余容量与电阻分量之间的相关性不 是永远存在的。 因此，若可基于诸如电池包电压的可容易获得的数据准确地预测电池的S0H会是 有益的。 另外，传统的电池管理系统（BMS)已使用通过电流积分来估计电荷状态（S0C)的 方法，以确定电池单元或包的S0C。传统的BMS还使用预先确定S0C与各种因素 (诸如，开路 电压（0CV)或放电电压、内阻、温度、放电电流等）之间的关系，检测至少两个因素并检测与 检测到的因素对应的S0C的方法。 在使用电流积分的S0C估计方法中，发生初始值不准确，测量误差累积且输入电 流不能全部转换为电能的问题，这降低了精度。即使确定了 S0C与0CV等之间的关系，但是 由于电池特性的不同，所以存在对于每一个电池需要通过复杂的实验实验性地计算S0C与 0CV之间的关系且计算的值仍不是准确的问题。 为了克服这些缺点，提出了作为同时使用上述两种方法的方法的，使用电池的等 效电路模型的基于扩展卡尔曼滤波器（KLF)的估计S0C的自适应方法。通过状态等式获得 与估计的S0C相关的信息，获得的信息被应用于测量等式，将根据S0C与0CV之间的关系 产生的估计电压与实际电压进行比较。在这点上，在充电和放电电流属性具有瞬间高电流 或快速动态的情况下，由于在等效电路模型中发送误差，因此上述基于等效电路模型的S0C 的估计是不准确的。 在这种自适应方法中，可通过增加系统的内部状态来解决上述缺点且增加估计性 能，但是算法变得复杂且成本增加。为了解决这些问题，虽然通过将系统的内部状态减少到 最小并将噪声模型添加到算法来印制S0C估计性能的劣化，但是因噪声模型的添加而增加 算法复杂度，且成本仍是个问题。因此，需要保持算法的估计性能并减少成本的同时简化算 法。
技术实现思路
在本专利技术的第一实施例中，提供了一种预测电池包的状态的方法。所述方法包括 如下步骤：获得对于所述电池包的多个选择的单元中的每一个单元的单元电压数据；对所 获得的单元电压数据进行小波变换，以获得低频分量电压数据和高频分量电压数据；计算 获得的单元电压数据、低频分量电压数据和高频分量电压数据中的至少两项的各个标准偏 差；基于计算的标准偏差预测电池包的健康状态（S0H)，并基于低频分量电压数据预测电 池包的电荷状态（S0C)。 在一实施例中，获得单元电压数据的步骤包括：使用单元电压检测单元检测一段 时间的选择的单元的单元电压，以产生模拟电压值；将模拟电压值转换为数字电压值，以产 生单元电压数据。 在一实施例中，单元电压检测单元包括用于存储选择的单元的单元电压数据的存 储器。 在一实施例中，所述方法还包括步骤：执行以下计算中的与计算各个标准偏差的 步骤对应的计算：从单元电压数据的计算的标准偏差计算单元电压S0H分量；从低频分量 电压数据的计算的标准偏差计算低频S0H分量；从高频分量电压数据的计算的标准偏差计 算高频S0H分量。 在一实施例中，预测S0H的步骤包括：计算所计算的S0H分量的加权平均。 在一实施例中，计算各个标准偏差的步骤包括：计算以下项中的至少两项的各个 标准偏差：对于选择的单元中的每一个单元的单元电压数据；对于选择的单元中的每一个 单元的低频分量电压数据；对于选择的单元中的每一个单元的高频分量电压数据。 在一实施例中，计算各个标准偏差的步骤还包括：计算以下项中的对应的至少两 项的标准偏差：对于选择的单元中的每一个单元的单元电压数据的计算的标准偏差；对于 选择的单元中的每一个单元的低频分量电压数据的计算的标准偏差；对于选择的单元中的 每一个单元的高频分量电压数据的计算的标准偏差。 在一实施例中，计算各个标准偏差的步骤包括：使用与初始时间段对应的单元电 压数据计算各个标准偏差，以产生初始计算的标准偏差；使用与感兴趣时间段对应的单元 电压数据计算各个标准偏差，以产生感兴趣的计算的标准偏差。 在一实施例中，初始时间段包括当电池包初始启用时的时间段，所述方法还包括 步骤：将产生的初始计算的标准偏差存储在非暂时性存储装置中。 在一实施例中，所述方法还包括步骤：执行以下计算中的与计算各个标准偏差的 步骤对应的计算：从单元电压数据的初始计算的标准偏差和感兴趣的计算的标准偏差，计 算单元电压S0H分量；从低频分量电压数据的初始计算的标准偏差和感兴趣的计算的标准 偏差，计算低频S0H分量；从高频分量电压数据的初始计算的标准偏差和感兴趣的计算的 标准偏差，计算高频S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测电池包的状态的方法，所述方法包括如下步骤：获得对于所述电池包的多个选择的单元中的每一个单元的单元电压数据；对获得的单元电压数据进行小波变换，以获得低频分量电压数据和高频分量电压数据；计算获得的单元电压数据、低频分量电压数据和高频分量电压数据中的至少两项的各个标准偏差；基于计算的标准偏差预测电池包的健康状态SOH；基于低频分量电压数据预测电池包的电荷状态SOC。

【技术特征摘要】
2013.03.12 US 61/778,146;2013.06.21 US 13/924,3681. 一种预测电池包的状态的方法，所述方法包括如下步骤： 获得对于所述电池包的多个选择的单元中的每一个单元的单元电压数据； 对获得的单元电压数据进行小波变换，以获得低频分量电压数据和高频分量电压数 据； 计算获得的单元电压数据、低频分量电压数据和高频分量电压数据中的至少两项的各 个标准偏差； 基于计算的标准偏差预测电池包的健康状态SOH ; 基于低频分量电压数据预测电池包的电荷状态SOC。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，获得单元电压数据的步骤包括： 使用单元电压检测单元检测一段时间的选择的单元的单元电压，以产生模拟电压值； 将模拟电压值转换为数字电压值，以产生单元电压数据。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，单元电压检测单元包括用于存储选择的单元的 单元电压数据的存储器。4. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：执行以下计算中的与计算各个标准偏差 的步骤对应的计算： 从单元电压数据的计算的标准偏差计算单元电压SOH分量； 从低频分量电压数据计算的标准偏差计算低频SOH分量； 从高频分量电压数据计算的标准偏差计算高频SOH分量。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，预测SOH的步骤包括：计算所计算的SOH分量的 加权平均。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，计算各个标准偏差的步骤包括：计算以下项中的 至少两项的各个标准偏差： 对于选择的单元中的每一个单元的单元电压数据； 对于选择的单元中的每一个单元的低频分量电压数据； 对于选择的单元中的每一个单元的高频分量电压数据。7. 根据权利要求6所述的方法，其中，计算各个标准偏差的步骤还包括：计算以下项中 的对应的至少两项的各个标准偏差： 对于选择的单元中的每一个单元的单元电压数据的计算的标准偏差； 对于选择的单元中的每一个单元的低频分量电压数据的计算的标准偏差； 对于选择的单元中的每一个单元的高频分量电压数据的计算的标准偏差。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，计算各个标准偏差的步骤包括： 使用与初始时间段对应的单元电压数据计算各个标准偏差，以产生初始计算的标准偏 差； 使用与感兴趣时间段对应的单元电压数据计算各个标准偏差，以产生感兴趣的计算的 标准偏差。9. 根据权利要求8所述的方法，其中， 初始时间段包括当电池包初始启用时的时间段， 所述方法还包括步骤：将产生的初始计算的标准偏差存储在非暂时性存储装置中。10. 根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：执行以下计算中的与计算各个标准偏差 的步骤对应的计算： 从单元电压数据的初始计算的标准偏差和感兴趣的计算的标准偏差，计算单元电压 SOH分量； 从低频分量电压数据的初始计算的标准偏差和感兴趣的计算的标准偏差，计算低频 SOH分量； 从高频分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟勋，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR