一种矿用动力电池组的荷电状态预测反馈系统的制作方法

1.本发明涉及动力电池技术领域，具体为一种矿用动力电池组的荷电状态预测反馈系统。


背景技术：

2.荷电状态soc指的是蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，其取值范围为0
‑
1，当soc＝0时，表示电池放电完全，当soc＝1时，表示电池完全充满，在新能源汽车中，soc作为电池内部参数对电池管理系统具有重要意义，动力电池组的soc相当于普通燃油汽车的油表，电池的soc作为能量管理的重要决策因素之一，对于优化整车能量管理、提高动力电容和能力利用、控制动力电池过充电和过放电、保障动力电池在使用过程中的安全性起到重要作用；
3.荷电状态soc是衡量动力电池组安全系数的一项重要参量，但现有技术中，对荷电状态soc的计算大多是通过算法直接得出，或者通过单一因素采集、比对得到，难以针对复杂工况下的荷电状态soc进行精确预测，且无具体的验证、反馈过程，仅是荷电状态soc的粗略估算内容，大大影响了动力电池组的安全稳定性；
4.为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于为了解决现有技术中对荷电状态soc的计算大多是通过算法直接得出，或者通过单一因素采集、比对得到，难以针对复杂工况下的荷电状态soc进行精确预测，且无具体的验证、反馈过程，仅是荷电状态soc的粗略估算内容，大大影响了动力电池组的安全稳定性的问题，而提出一种矿用动力电池组的荷电状态预测反馈系统。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种矿用动力电池组的荷电状态预测反馈系统，包括数据采集单元、数据处理单元、信号标定单元、数据验证单元、数据缓存单元、数据反馈单元和显示屏；
8.所述数据采集单元用于对动力电池组的内因参数和外因参数进行捕捉采集，并将其发送至数据处理单元；
9.所述数据处理单元对接收的内因参数和外因参数进行如下的定估征量计算操作：
10.s1：获取第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的内因参数，内因参数包括电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据，并将其分别标定为i
i
、u
i
、r
i
和t
i
，并依据公式求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的内部数据o
i
，其中，a1、a2、a3和a4分别表示为电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据的偏正系数，且a3＞a4＞a2＞a1＞0；
11.s2：获取第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的外因参数，外因参数包括老化程度数据、成新率数据和环境温度数据，并将其分别标定为p
i
、k
i
和t
i
′
，并依据公式
求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的外部数据o
i
′
，其中，b1、b2和b3分别表示为老化程度数据、成新率数据和环境温度数据的转换因子系数，且b1＞b2＞b3＞0；
12.s3：依据公式求得第一时间级的动力电池组的第一总定估征量y
′
，其中，c1和c2分别表示为内部数据和外部数据的误差系数，且c1＞c2＞0；
13.所述数据处理单元将第一总定估征量y
′
发送至数据验证单元；
14.所述数据处理单元还将第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的o
j
和o
j
′
信号发送至信号标定单元；
15.所述信号标定单元对第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组接收的内部数据o
j
和外部数据o
j
′
进行量化标定，并将标定后的信号数据发送至数据验证单元；
16.所述数据验证单元对第一时间级求得的第一总定估征量y
′
与第二时间级求得的第二总定估征量x
′
进行验证比对，并将验证后的比对结果发送至数据反馈单元；
17.所述数据反馈单元对接收的验证结果进行输出，并将输出后的数据以文本的方式发送至显示屏。
18.进一步的，老化程度数据包括跳电率、容量损耗量和电量循环量，并将其分别标定为td
i
、rh
i
和ps
i
，并依据公式求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的老化程度数据p
i
，其中，h1、h2和h3分别表示跳电率、容量损耗量和电量循环量的老化因子系数，且h2＞h1＞h3＞0。
19.进一步的，所述信号标定单元对第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组接收的内部数据o
j
和外部数据o
′
j
进行量化标定，具体信号标定操作步骤如下：
20.step1：获取第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的内因参数的数据值，并对其进行质化标定；
21.step2：获取第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的外因参数的数据值，并对其进行级化标定；
22.step3：对step1中标定的电流信号、电压信号、内阻信号和工作温度信号数据分别进行提取识别，并根据其质化程度进行档位划分；
23.step4：对step2中标定的老化程度信号、成新率信号和环境温度信号数据分别进行识别，并根据其级化程度进行阶级划分；
24.step5：将第二时间级内的所有相等区间时长上的质化和级化的优信号总量标定为g，质化和级化的差信号总量标定为g
′
，并依据公式求得第二时间级的动力电池组的第二总定估征量x
′
，其中，d1和d2分别表示为优信号量和差信号量的转换因子系数，且d1＞d2＞0；
25.所述信号标定单元将求得第二时间级的动力电池组的第二总定估征量x
′
发送至数据验证单元。
26.进一步的，所述数据验证单元将同一动力电池组的求得的第一时间级中的第一总定估征量y
′
与求得的第二时间级中的第二总定估征量x
′
进行验证比对，具体的数据验证操作如下：
27.将第一总定估征量y
′
与第二总定估征量x
′
的数据进行吻合度验证，并依据公式求得吻合值z与其预设范围w1进行比较，并输出非常精确、一般精确和差异结果；
28.所述数据验证单元分别将验证的非常精确结果、一般精确结果和差异结果均发送至数据反馈单元。
29.进一步的，所述数据验证单元电性连接有数据缓存单元，所述数据缓存单元用于暂存有差异结果数据。
30.进一步的，所述优信号总量标定为g等于(质化标定和级化标定中一档、二档、三档、一阶与二阶的数量之和)/(所有档位总数 所有阶级总数)，所述差信号总量标定为g
′
等于(质化标定和级化标定中四档、三阶的数量之和)/(所有档位总数 所有阶级总数)。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1、通过采集第一时间级的多方面影响荷电状态估值的数据，并对其进行数据标定及公式化处理，进而得到荷电状态非常精确的估值，实现了在复杂工况下，对电池组的荷电状态进行全方位的预测估算；
33.2、通过采集第二时间级的多方面影响荷电状态估值数据，并对其进行信号标定、量化处理，进而得到荷电状态估值验证数据，将验证数据与荷电状态非常精确的估值数据进行比对，进而对荷电状态进行反馈，在获得有效荷电状态精确估值的同时，也极大提高了矿用中动力电池组的安全稳定性。
附图说明
34.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；
35.图1为本发明的系统框图；
36.图2为本发明的第一时间级与第二时间级的示意图；
37.图3为本发明的质化程度档位划分示意图；
38.图4为本发明的级化程度阶级划分示意图。
具体实施方式
39.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参阅图1
‑
4所示，一种矿用动力电池组的荷电状态预测反馈系统，包括数据采集单元、数据处理单元、信号标定单元、数据验证单元、数据缓存单元、数据反馈单元和显示屏；
41.数据采集单元将动力电池组的内因参数和外因参数进行捕捉采集，其中，内因参
数包括电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据，外因参数包括老化程度数据、成新率数据和环境温度数据，并将采集的数据参数发送至数据处理单元，其中，内因参数表示影响动力电池组内部因素的参数数据，外因参数表示影响动力电池组外部因素的参数数据，内因参数和外因参数共同决定动力电池组的荷电状态soc；
42.数据处理单元对接收的内因参数和外因参数进行如下的定估征量计算操作：
43.s1：获取第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的内因参数，并将电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据分别标定为i
i
、u
i
、r
i
和t
i
，并依据公式n为大于等于1的正整数，求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的内部数据o
i
，其中，a1、a2、a3和a4分别表示为电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据的偏正系数，且a3＞a4＞a2＞a1＞0，a1 a2 a3 a4＝9.82，其中，电流数据、电压数据和内阻数据均表示为第一时间级内的各相等时间段的动力电池组运行时获得的均值数据，工作温度数据表示在动力电池组本身运行时的平均温度，且电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据均通过传感器等检测设备采集得到，第一时间级表示3个月的时间区间，偏正系数表示为电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据对内因参数修正程度的大小；
44.s2：获取第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的外因参数，外因参数包括老化程度数据、成新率数据和环境温度数据，并将其分别标定为p
i
、k
i
和t
i
′
，并依据公式n为大于等于1的正整数，求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的外部数据o
′
i
，其中，b1、b2和b3分别表示为老化程度数据、成新率数据和环境温度数据的转换因子系数，且b1＞b2＞b3＞0，b1 b2 b3＝1.5，其中，转换因子系数表示为老化程度数据、成新率数据和环境温度数据对外因参数影响程度的大小，且老化程度数据、成新率数据和环境温度数据均通过传感器等检测设备采集得到，老化程度数据用于衡量动力电池组的性能的变化量，成新率用于反映动力电池组的新旧程度，具体的，成新率＝[电池组额定使用时间/(电池组额定使用时间 电池组已经使用时间)]*100％，环境温度数据表示在动力电池组所处的环境温度的均值；
[0045]
其中，老化程度数据包括跳电率、容量损耗量和电量循环量，并将其分别标定为td
i
、rh
i
和ps
i
，并依据公式n为大于等于1的正整数，求得第一时间级内的各相等时间段的动力电池组的老化程度数据p
i
，其中，h1、h2和h3分别表示跳电率、容量损耗量和电量循环量的老化因子系数，且h2＞h1＞h3＞0，h1 h2 h3＝3.26，且老化因子系数表示为跳电率、容量损耗量和电量循环量对老化权重的影响程度，跳电率表示各相等时间段的动力电池组电量的变化量与单位时间的百分比，例如：取时间段t＝50min，测得50min的动力电池组电量的变化量w＝33w，求得跳电率容量损耗量表示充电次数与使用次数之和，电量循环量表示该动力电池组在各相等时间段内总放电量与总充电量的百分比；
[0046]
s3：依据公式n为大于等于1的正整数，求得第一时间级的动力电池组的第一总定估征量数据y
′
，其中第一总定估征量y
′
用于衡量第一时间级上电池组的总的荷电状态精确值，其中，c1和c2分别表示为内部数据和外部数据的误差系数，且c1＞c2＞0，c1 c2＝3.2，且误差系数表示为内部数据和外部数据对第一定估征量数据影响程度大小；
[0047]
数据处理单元第一总定估征量y
′
发送至数据验证单元，
[0048]
且数据处理单元还将第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的o
j
和o
′
j
信号发送至信号标定单元；
[0049]
信号标定单元对第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组接收的内部数据o
j
和外部数据o
′
j
进行量化标定，并将标定后的信号数据发送至数据验证单元，其中，第二时间级表示为第一时间级内的与其中各相等时间段相邻的总区间时长，且相邻的各区间时长相等，并与各相等时间段的时间长度相同，信号标定单元对第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组接收的内部数据o
j
和外部数据o
′
j
进行量化标定，具体信号标定操作步骤如下：
[0050]
step1：获取第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的内因参数的数据值，并将其中的电流数据、电压数据、内阻数据和工作温度数据分别与其预设量相比较，并对其进行质化标定，其中，当电流数据i
i
大于等于预设值q1时，则将其标定为电流优质信号，当电流数据i
i
小于预设值q1时，则将其标定为电流劣质信号，当电压数据u
i
大于其预设范围最大值或小于其预设范围最小值时，则将其标定为电压劣质信号，当电压数据u
i
处于其预设范围之间时，则将其标定为电压优质信号，当内阻数据r
i
小于等于预设值q2时，则将其标定为内阻优质信号，当内阻数据r
i
大于预设值q2时，则将其标定为内阻劣质信号，当工作温度数据t
i
大于其预设范围最大值或小于其预设范围最小值时，则将其标定为工作温度劣质信号，当工作温度数据t
i
处于其预设范围之间时，则将其标定为工作温度优质信号；
[0051]
step2：获取第二时间级内的各相等区间时长的动力电池组的外因参数的数据值，并将其中的老化程度数据、成新率数据和环境温度数据分别与其预设值相比较，并对其进行级化标定，其中，当老化程度数据p
i
大于等于预设值v1时，则将其标定为老化低级信号，当老化程度数据p
i
小于预设值v1时，则将其标定为老化高级信号，当成新率数据k
i
小于预设值v2时，则将其标定为成新低级信号，当成新率数据k
i
大于等于预设值v2时，则将其标定为成新高级信号，当环境温度数据t
′
i
大于其预设范围最大值或小于其预设范围最小值时，则将其标定为环境温度低级信号，当环境温度数据t
′
i
处于其预设范围之间时，则将其标定为环境温度高级信号；
[0052]
step3：对step1中的电流信号、电压信号、内阻信号和工作温度信号数据分别进行提取识别，并根据其质化程度进行档位划分，当同时提取识别到的四个信号均为优质信号，则将其归为一档，当同时提取识别到其中三个信号为优质信号，则将其归为二档，当同时提取识别到其中两个信号为优质信号，则将其归为三档，而其他情况下，则将其归为四档；
[0053]
step4：对step2中的老化程度信号、成新率信号和环境温度信号数据分别进行识别，并根据其级化程度进行阶级划分，当同时提取识别到其中三个信号均为高级信号，则将其归为一阶，当同时提取识别到其中两个信号为高级信号，则将其归为二阶，而其他情况
下，则将其归为三阶；
[0054]
step5：将第二时间级内的所有相等区间时长上的质化和级化的优信号总量标定为g，质化和级化的差信号总量标定为g
′
，并依据公式求得第二时间级的动力电池组的第二总定估征量x
′
，其中，d1和d2分别表示为优信号量和差信号量的转换因子系数，且d1＞d2＞0，d1 d2＝2.3，转换因子系数表示为优信号量和差信号量对第二总定估征量影响程度的大小；
[0055]
其中，优信号总量标定为g等于(质化标定和级化标定中一档、二档、三档、一阶与二阶的数量之和)/(所有档位总数 所有阶级总数)，差信号总量标定为g
′
等于(质化标定和级化标定中四档、三阶的数量之和)/(所有档位总数 所有阶级总数)；
[0056]
信号标定单元将求得第二时间级的动力电池组的第二总定估征量x
′
发送至数据验证单元；
[0057]
数据验证单元将同一动力电池组的求得的第一时间级中的第一总定估征量y
′
与求得的第二时间级中的第二总定估征量x
′
进行验证比对，具体的数据验证操作如下：
[0058]
将第一总定估征量y
′
与第二总定估征量x
′
的数据进行吻合度验证，并依据公式当吻合值大于预设范围w1的最大值时，则依次生成正确文本内容，并将其传输至数据反馈单元，当吻合值小于其预设范围w1的最小值时，则依次生成差异文本内容，并将其传输至数据反馈单元，当吻合值处于其预设范围w1的之间时，则依次生成错误文本内容，并将其传输至数据反馈单元，其中，正确文本内容表示第一总定估征量估值非常精确，差异文本内容表示第一总定估征量估值存在差异，并将其暂存至数据缓存单元，且数据缓存单元用于暂存有差异结果数据，并配合数据处理单元、信号标定单元和数据验证单元的多次调用，差异结果数据表示结果偏差较大的异常数据，错误文本内容表示第一总定估征量估值一般精确；
[0059]
数据验证单元分别将验证的非常精确结果、一般精确结果和差异结果均发送至数据反馈单元；
[0060]
数据反馈单元对接收的验证结果进行输出，并将输出后的数据以文本的方式发送至显示屏，且文本内容为第一总定估征量y
′
估值数据非常精确、一般精确和差异判断，进而便于研究人员对矿用动力电池组的荷电状态soc进行精确预测，并提高了对矿用动力电池组的安全隐患预测效率；
[0061]
且上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置。
[0062]
本发明在使用时，通过传感器采集不同时间级、不同工况下的动力电池组的多方面的因素参数，对第一时间级内获取的数据进行数据标定、公式化处理，并由此得到一个荷电状态精确估算的量化值第一总定估征量y
′
，再对第二时间级内获取的数据进行数据标定、精细划分及公式化处理，并由此得到一个荷电状态精确估算的量化值第二总定估征量x
′
，将第一总定估征量y
′
与第二总定估征量x
′
进行比对验证，并反馈双重量化的荷电状态估值的精确度，将数据结果发送至显示屏，以便研究人员对电池组的荷电状态进行预测和
分析，实现了在复杂工况下，能够对动力电池组的荷电状态进行全方位精确估值，极大提高了矿用中动力电池组的安全稳定性。
[0063]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。