一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法技术

本发明专利技术涉及一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法。选取表征锂离子电池功率性能的参数和影响锂离子电池功率性能的主要因素；调整主要因素模拟锂离子电池在混合动力车实际行驶过程中的运行工况；分析主要因素之间、主要因素与参数之间的相关关系；基于支持向量机原理建立锂离子电池功率性能在线预测模型；利用网格搜索方法对该模型的模型参数进行优化；将部分实验数据作为样本对该模型进行训练，确立最终的锂离子电池功率性能在线预测模型；对最终的该模型进行验证；采用该模型实现混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测。该模型准确度高，训练时间短，响应速度快，可以实现对电池功率性能的快速估计，保障车辆的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，人民生活水平得到大幅提高，但同时带来了能源需求的激增，环境问题也日益凸显。电动汽车因其能源需求量低、污染小而得到广泛推广，缓解了能源压力，改善了传统燃油汽车的废气污染问题。作为主要的电动汽车类型之一，混合动力汽车采用汽油和锂离子电池共同作为汽车的动力源，来提供车辆行驶过程中的功率需求。混合动力车的实车运行工况变化十分剧烈，因此电池短时峰值功率性能直接关系到车辆的安全性和可靠性。电池峰值功率性能的实时预测对于整车控制策略而言十分重要，从而成为电池管理系统(batterymanagementsystem,BMS)的主要功能和研究重点之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法，以完善电池管理系统的功能，保证车辆行驶过程中的可靠性和安全性。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案；一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法，包括以下步骤：S1、选取用以表征锂离子电池功率性能的参数，所述参数为10秒峰值功率，是电池恰好保持10秒恒功率放电状态的功率值。S2、选取影响锂离子电池功率性能的主要因素，包括：电池温度、电池SOC(荷电状态)和电池内阻。S3：为模拟锂离子电池在实车运行过程中的真实工况，人为调整锂离子电池测试过程中的电池温度。例如设置8个不同的温度点，分别为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃和50℃。通过设置温箱温度，然后将电池放入温箱充分静置(静置四个小时以上)，使电池温度跟温箱温度保持一致。通过对电池充放电来调节电池SOC，使锂离子电池工作在不同的电池SOC下，例如电池SOC包括10％SOC、20％SOC、30％SOC、40％SOC、50％SOC、60％SOC、70％SOC、80％SOC和90％SOC。通过调整电池温度和电池SOC来模拟实车运行过程中的真实工况。而电池内阻被认为是不可控的，通过在实验过程中测得并记录下来。在每个温度值下，测试得到锂离子电池处于9个不同电池SOC下的电池内阻和10秒峰值功率。用恒功率测试方法得到若干组实验数据，例如120组实验数据。每组实验数据包括主要因素(电池温度、电池SOC和电池内阻)以及对应的10秒峰值功率。S4、分析得到的主要因素之间、主要因素与10秒峰值功率之间的相关关系，具体方法是用到皮尔逊相关系数。皮尔逊相关系数用来衡量主要因素之间、主要因素与10秒峰值功率之间的线性相关程度，皮尔逊相关系数的绝对值越接近1，说明相关性越强；反之，相关系数越接近于0，则说明相关度越弱。S5、基于支持向量机原理建立锂离子电池功率性能在线预测模型。具体方法是，将电池温度、电池SOC和电池内阻作为模型的输入，10秒峰值功率作为模型的输出。然后选取支持向量机的径向基核函数：K(xi,xj)=exp(-||xi-xj||2σ2)---(1)]]>σ为核函数参数，也叫核宽度；xi为模型输入向量，xj为模型已有的支持向量。并赋予核函数参数和惩罚系数初始值。S6、利用网格搜索方法对锂离子电池功率性能在线预测模型的模型参数进行优化，所述模型参数包括核函数参数σ和惩罚系数c。S7、将实验数据作为样本对锂离子电池功率性能在线预测模型进行训练，评估锂离子电池功率性能在线预测模型的拟合优度以及训练结果的准确性，确立最终的锂离子电池功率性能在线预测模型。优选的，随机选取80组实验数据(训练样本)对模型进行训练。S8、对最终的锂离子电池功率性能在线预测模型进行验证，证实该模型具有高精度、高效率和可操作性强等优点。优选的，对于实验获得的120组实验数据，除去80组实验数据作为训练样本外，剩余的40组实验数据(样本数据)作为预测样本，对本专利技术所建立的电池功率性能在线预测模型进行验证。S9、采用最终的锂离子电池功率性能在线预测模型实现混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测。本专利技术所述的基于支持向量机和网格搜索的混合动力车用锂离子电池功率性能预测方法，具有以下有益效果：本专利技术建立的电池短时功率性能预测模型训练时间短，响应速度快，可操作性强，可以在混合动力车运行工况变化剧烈的行驶过程中准确预测锂离子电池的10秒峰值功率，实现电池管理系统对电池功率性能的在线预测，从而给出整车功率分配的控制策略，保证混合动力车的安全可靠运行。附图说明本专利技术有如下附图：图1为锂离子电池功率性能的在线预测框图；图2为锂离子电池恒功率测试曲线图；图3为锂离子电池恒功率测试曲线拟合结果图；图4为支持向量机非线性回归原理图；图5为网格搜索法流程图。具体实施方式下面结合一组实施例及附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法。本专利技术所提出的混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测框图如图1所示，包括采用支持向量机模型、模型输入、模型输出、模型优化方法、模型的训练及验证。以混合动力车用的锰酸锂电池作为研究对象，建立该类型电池功率性能的在线预测模型。1、选取10秒峰值功率表征电池的功率性能以锰酸锂电池作为混合动力车(hybridelectricvehicle,HEV)用锂离子电池，根据USABC(UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium)电池测试标准，其峰值功率持续时间通常不超过10s。根据电池的电压使用限制条件，电池充电/放电峰值功率定义为电池在恒定功率下持续充电/放电t秒后端电压正好到达电池允许的最高/最低工作电压，则该恒定功率值即为电池t秒充电/放电峰值功率，因此选取10s峰值功率来表征电池的功率性能。2、选取影响锂离子电池功率性能的主要因素在混合动力车的实际行驶过程中，电池温度、电池荷电状态和电池内阻直接影响电池的功率性能，并且与电池的10秒峰值功率之间呈现出明显的非线性关系。3、设计实验模拟锂离子电池在混合动力车实际行驶过程中的运行工况为模拟锂离子电池在混合动力车实际行驶过程中的剧烈变化的工况，人为调整电池测试过程中的环境温度，使电池工作在低温，常温及高温的工作状态下。具体选取了8个测试温度点，分别为：-20℃、...

【技术保护点】
一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法，包括以下步骤：S1、选取用以表征锂离子电池功率性能的参数；所述参数为10秒峰值功率；S2、选取影响锂离子电池功率性能的主要因素；所述主要因素包括：电池温度、电池SOC和电池内阻；S3、通过调整电池温度和电池SOC的值来模拟锂离子电池在混合动力车实际行驶过程中的运行工况；并采用恒功率测试方法得到若干组实验数据，每组实验数据包括主要因素和10秒峰值功率；S4、分析得到的主要因素之间、主要因素与10秒峰值功率之间的相关关系；S5、基于支持向量机原理建立锂离子电池功率性能在线预测模型；S6、利用网格搜索方法对锂离子电池功率性能在线预测模型的模型参数进行优化；所述模型参数包括核函数参数σ和惩罚系数c；S7、将部分实验数据作为样本对锂离子电池功率性能在线预测模型进行训练，评估锂离子电池功率性能在线预测模型的拟合优度以及训练结果的准确性，确立最终的锂离子电池功率性能在线预测模型；S8、采用最终的锂离子电池功率性能在线预测模型实现混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力车用锂离子电池功率性能的在线预测方法，包
括以下步骤：
S1、选取用以表征锂离子电池功率性能的参数；所述参数为10
秒峰值功率；
S2、选取影响锂离子电池功率性能的主要因素；所述主要因素包
括：电池温度、电池SOC和电池内阻；
S3、通过调整电池温度和电池SOC的值来模拟锂离子电池在混
合动力车实际行驶过程中的运行工况；并采用恒功率测试方法得到若
干组实验数据，每组实验数据包括主要因素和10秒峰值功率；
S4、分析得到的主要因素之间、主要因素与10秒峰值功率之间
的相关关系；
S5、基于支持向量机原理建立锂离子电池功率性能在线预测模
型；
S6、利用网格搜索方法对锂离子电池功率性能在线预测模型的模
型参数进行优化；所述模型参数包括核函数参数σ和惩罚系数c；
S7、将部分实验数据作为样本对锂离子电池功率性能在线预测模
型进行训练，评估锂离子电池功率性能在线预测模型的拟合优度以及
训练结果的准确性，确立最终的锂离子电池功率性能在线预测模型；
S8、采用最终的锂离子电池功率性能在线预测模型实现混合动力
车用锂离子电池功率性能的在线预测。
2.如权利要求1所述混合动力车用锂离子电池功率性能的在线
预测方法，其特征在于，所述电池温度包括：-20℃、-10℃、0℃、
10℃、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑方丹，张维戈，吴健，孟学东，韩耸，
申请(专利权)人：北京北交新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11