基于gm（1，1）灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，將電池的端電壓數(shù)據(jù)按時(shí)間編碼，形成電池端電壓的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列；從系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列中，獲取電池當(dāng)前按時(shí)間最新的設(shè)定次容量數(shù)據(jù)，將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)作灰色處理；計(jì)算電池端電壓進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)跟蹤所需的灰作用量，得到電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，并進(jìn)行電池端電壓的灰色預(yù)測(cè)跟蹤；根據(jù)步驟三獲得的電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，通過(guò)累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，并按均方差檢驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(0)相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。該方法簡(jiǎn)單易行、魯棒性好，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小且無(wú)記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，是最新一代的綠色、高能動(dòng)力電池，近年來(lái)得到了飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)和混合電動(dòng)汽車(chē)中。
[0003]電池開(kāi)路電壓(open-circuit voltage, 0CV)是指當(dāng)電池在靜止足夠長(zhǎng)的時(shí)間(一般為8個(gè)小時(shí)以上)后，電池達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電池的端電壓。該參數(shù)與電池荷電狀態(tài)(SOC)存在較強(qiáng)的非線(xiàn)性關(guān)系，建立電池開(kāi)路電壓與SOC間的關(guān)系模型在電池建模中起著至關(guān)重要的作用。目前電池的開(kāi)路電壓一般采用實(shí)驗(yàn)法獲得，獲得每個(gè)SOC點(diǎn)對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓時(shí)，就需要靜置8個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間，因此要獲得所有點(diǎn)的充放電開(kāi)路電壓可能要耗費(fèi)幾天甚至幾十天的時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此，文獻(xiàn)(Abu-Sharkh S，Doerffel D.Rapid testand non-linear model characterisation of solid-state lithium-1on batteries[J].Journal of Power Sources, 2004，130(1):266-274.)提出了一個(gè)快速測(cè)量 OCV 的方法，該方法在充放電過(guò)程中，在不同的SOC點(diǎn)(例如10%，20%，...，80%，90% )靜止一分鐘，獲得對(duì)應(yīng)的電池端電壓。將整個(gè)充電過(guò)程中不同SOC點(diǎn)對(duì)應(yīng)的靜置I分鐘后的電池端電壓連接成一條線(xiàn)；將整個(gè)放電過(guò)程中不同SOC點(diǎn)對(duì)應(yīng)的靜置I分鐘后的電池端電壓連接成一條線(xiàn)，取兩條線(xiàn)的平均值即為要測(cè)量的對(duì)應(yīng)不同SOC值的電池開(kāi)路電壓。這種方法雖然在一定程度上節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但是不能獲取用于電池建模的充電開(kāi)路電壓和放電開(kāi)路電壓，且獲得的開(kāi)路電壓可能存在較大的誤差。
[0004]對(duì)電池進(jìn)行脈沖充放電，當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)，電池端電壓的變化過(guò)程,非常接近于指數(shù)變化，文獻(xiàn)(徐欣歌，楊松，李艷芳，陳文薌.一種基于預(yù)測(cè)開(kāi)路電壓的SOC估算方法[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，14:127-129.)使用一階或二階指數(shù)函數(shù)基于最小二乘法來(lái)擬合電池端電壓的變化，從而得到電池的開(kāi)路電壓。該方法如上所述也需要電池靜置足夠長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)數(shù)據(jù)的采樣密度要求較高(通常為Is—個(gè)點(diǎn))，并且估計(jì)精度較低。GM(1，1)灰色模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具有明顯指數(shù)規(guī)律的序列，為電池開(kāi)路電壓的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提供了一種新途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于GM(1，I)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，根據(jù)電池充放電后電池端電壓的恢復(fù)特性，基于灰色系統(tǒng)理論建立了電池端電壓的GM(1，I)新陳代謝預(yù)測(cè)模型，每次都是針對(duì)最新的10次電池端電壓數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)下一次的端電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池開(kāi)路電壓的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，精度高于傳統(tǒng)的基于指數(shù)函數(shù)擬合的方法，且節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，對(duì)數(shù)據(jù)密度要求較低，只需I分鐘采樣一次。該方法簡(jiǎn)單易行、魯棒性好，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0007]基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將電池的端電壓數(shù)據(jù)按時(shí)間編碼，形成電池端電壓的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列
U(0)；
[0009]步驟二:從系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(°)中，獲取電池當(dāng)前按時(shí)間最新的設(shè)定次電壓數(shù)據(jù)，將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)作灰色處理；
[0010]步驟三:計(jì)算電池端電壓進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)跟蹤所需的灰作用量，得到電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，并進(jìn)行電池端電壓的灰色預(yù)測(cè)跟蹤；
[0011]步驟四:根據(jù)步驟三獲得的電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，通過(guò)累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，并按均方差檢驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列u(0)相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。
[0012]所述步驟一中，電池端電壓的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(°)的公式為:
[0013]U(0) = (U(I), u(2),…，u(j)) (I)
[0014]式中，k為正整數(shù)，為采樣時(shí)刻；u(j)為電池在j時(shí)刻的電池端電壓值，其中j =
1，2，…，k~l ο
[0015]所述步驟二中，獲取電池當(dāng)前按時(shí)間最新的設(shè)定次容量數(shù)據(jù)，具體為:從系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列u(°)中，獲取電池當(dāng)前最新的10次容量數(shù)據(jù):u(k-10)~u (k-ι)，其中k為預(yù)測(cè)時(shí)刻且k>10 ；
[0016]所述步驟二中，將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)作灰色處理，具體包括:
[0017](2-1).將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)，作灰色一次累計(jì)生成處理，得到電池端電壓的灰色一次累加生成序列u(1)；
[0018](2-2).將獲得的電池端電壓的灰色一次累加生成序列Ua)進(jìn)行緊鄰均值生成操作，獲得電池端電壓的灰色一次累加生成序列Ua)的緊鄰均值生成序列ζ(1)。
[0019]所述步驟四中，方差檢驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(°)相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，具體包括:
[0020]判斷均方差比值C，小誤差概率P是否合格，若是，輸出電池端電壓預(yù)測(cè)值，
并進(jìn)行下一輪的循環(huán)步驟；若不合格，進(jìn)行殘差序列建立GM(1，I)模型，檢查結(jié)果是否達(dá)到要求，如未達(dá)到再進(jìn)行第二次殘差建模，最后選用誤差較小的一個(gè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0021]所述灰色一次累加生成序列U(1)公式為:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一:將電池的端電壓數(shù)據(jù)按時(shí)間編碼，形成電池端電壓的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列Uft0 ； 步驟二:從系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(°)中，獲取電池當(dāng)前按時(shí)間最新的設(shè)定次電壓數(shù)據(jù)，將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)作灰色處理； 步驟三:計(jì)算電池端電壓進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)跟蹤所需的灰作用量，得到電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，并進(jìn)行電池端電壓的灰色預(yù)測(cè)跟蹤； 步驟四:根據(jù)步驟三獲得的電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時(shí)間響應(yīng)序列，通過(guò)累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，并按均方差檢驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列Uw相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求1所 述的基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述步驟一中，電池端電壓的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(°)的公式為:
U(0) = (11(1)，u(2),…，u(j)) (I) 式中，k為正整數(shù)，為采樣時(shí)刻；u(j)為電池在j時(shí)刻的電池端電壓值，其中j = 1,2,…，k_l ο
3.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，I)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述步驟二中，獲取電池當(dāng)前按時(shí)間最新的設(shè)定次容量數(shù)據(jù)，具體為:從系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(Q)中，獲取電池當(dāng)前最新的10次容量數(shù)據(jù):u(k-10)~U(k-l)，其中k為預(yù)測(cè)時(shí)刻且k>10。
4.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述步驟二中，將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)作灰色處理，具體包括: (2-1).將獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)，作灰色一次累計(jì)生成處理，得到電池端電壓的灰色一次累加生成序列U (1)； (2-2).將獲得的電池端電壓的灰色一次累加生成序列UC)進(jìn)行緊鄰均值生成操作，獲得電池端電壓的灰色一次累加生成序列UC)的緊鄰均值生成序列ZC)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于GM(1，I)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述灰色一次累加生成序列U (1)公式為:

6.如權(quán)利要求4所述的基于GM(1，I)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述緊鄰均值生成序列Z(1):
Z(1) = {0.5 (u (I) (1)+u ⑵⑴)，0.5 (u ⑵(1)+u (3)⑴)，…0.5 (u (9) (1)+u (10)⑴)} (3)
式中，u⑴(1)，i = 1，2，...，10為式(2)中的第i個(gè)數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述灰作用量a?和b?的具體計(jì)算表達(dá)式為:

8.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述電池端電壓的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階預(yù)測(cè)模型i〗u>(/i),具體計(jì)算表達(dá)式為:
9.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，1)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述電池端電壓的灰色跟蹤原數(shù)列值IJwu(A)為:
10.如權(quán)利要求1所述的基于GM(1，I)灰色模型的電池開(kāi)路電壓預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述步驟四中，方差檢驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列U(0)相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，具體包括: 判斷均方差比值C，小誤差概率P是否合格，若是，輸出電池端電壓預(yù)測(cè)值A(chǔ)in(幻,并進(jìn)行下一輪的循環(huán)步驟；若不合格，進(jìn)行殘差序列建立GM(1，I)模型，檢查結(jié)果是否達(dá)到要求，如未達(dá)到再進(jìn)行第二次殘差建模，最后選用誤差較小的一個(gè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103983833SQ201410231986
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】張承慧, 商云龍, 崔納新 申請(qǐng)人:山東大學(xué)