1.本发明涉及
电池领域，具体涉及一种一次电池荷电量估算方法。
背景技术：
2.一次电池，特别是锂氟化碳一次电池，具有优异的贮存性能、平稳的放电平台、高的比能量而被广泛应用于军事领域和民用领域。近年来，二次电池的容量估算、健康
状态估算、寿命预测及联合估算等备受关注，准确度很高，给使用者带来极大的便利。但是一次电池的荷电量估算至今没有人报道。一次电池无法进行充电，在使用一段时间后，如何判断一次电池的残余电量对处理一次电池至关重要。若能快捷、无损的估算一次电池的电量，将对一次电池的合理应用有很大的改观。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种基于一次电池电压、
内阻等基本参数，通过多项式拟合函数关系估算soc的方法。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种一次电池荷电量估算方法，包括：
5.
步骤1，构建电池参数与荷电状态的关系式；
6.步骤2，测量待测一次电池的某一电池实际参数xs；
7.步骤3，将待测一次电池荷电状态的估算值sock代入电池参数与荷电状态的关系式中，获得电池计算参数xk；
8.步骤4，若电池计算参数xk与电池实际参数xs未超过误差阈值，则荷电状态估算值sock为实际荷电状态；若电池计算参数xk与电池实际参数xs超过误差阈值，则通过下式计算新的荷电状态估算值：
9.soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
(k为自然数)；
10.其中，dk为当荷电状态估算值为sock时，电池参数与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
为电池计算参数xk与电池实际参数xs的差值，即，v
e,k
＝x
k-xs；
11.步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc
k+1
代入电池参数与荷电状态的关系式中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算参数与电池实际参数x0未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。
12.可选地，步骤一中，构建电池参数与荷电状态的关系式的方法包括：
13.步骤1.1，任取一与待测一次电池相同批次、相同额定容量的电池，测量其开路电压和内阻；
14.步骤1.2，将一次电池的额定容量c划分为n等份，在一次电池的正常使用电流下放电，放电容量为c/n；
15.步骤1.3，放电后静置至电压稳定，检测电池参数；
16.步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至电压降至放电截止电压；
17.步骤1.5，根据检测的电池参数，构建电池参数与荷电状态的关系式。
18.可选地，步骤1.1中，n为10-50。
19.可选地，步骤1.3中，静置时间为15-60h。
20.可选地，步骤1.5中，构建的电池参数与荷电状态的关系式为多项式。
21.可选地，所述多项式为八次多项式。
22.可选地，所述电池参数为电压、内阻或阻抗中的任意一种。
23.可选地，所述一次电池为锂氟化碳电池。
24.本发明的有益效果为：
25.本发明基于一次电池的参数，利用soc定义域内给定的任意初值代入拟合式，利用估算误差和所拟合公式的导函数值进行soc的逐步迭代更新估算，不需cpu和复杂算法进行高次方程求解，具有无损、快捷、准确度高等优势。
附图说明
26.图1为实施例1的soc值与开路电压关系图。
27.图2为实施例1的迭代次数与估算电压误差关系图。
28.图3为实施例1的迭代次数与soc值关系图。
29.图4为实施例1的迭代次数与soc误差关系图。
30.图5为对比例的迭代次数与估算电压误差关系图。
31.图6为对比例的迭代次数与soc值关系图。
32.图7为对比例的迭代次数与soc误差关系图。
33.图8为实施例2的soc值与内阻关系图。
34.图9为实施例3的soc值与内阻关系图。
具体实施方式
35.下面将结合附图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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.荷电状态(soc)为电池剩余电量与电池总电量的比值，通常用百分数表示。
37.本发明提供的一次电池荷电量估算方法包括如下步骤：
38.步骤1，构建电池参数与荷电状态的关系式；
39.步骤2，测量待测一次电池的某一电池实际参数xs；
40.步骤3，将待测一次电池荷电状态的估算值sock代入电池参数与荷电状态的关系式中，获得电池计算参数xk；
41.步骤4，若电池计算参数xk与电池实际参数xs未超过误差阈值，则荷电状态估算值sock为实际荷电状态；若电池计算参数xk与电池实际参数xs超过误差阈值，则通过下式计算新的荷电状态估算值：
42.soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
(k为自然数)；
43.其中，dk为当荷电状态估算值为sock时，电池参数与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
电池计算参数xk与电池实际参数xs的差值，即，v
e,k
＝x
k-xs；
44.步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc
k+1
代入电池参数与荷电状态的关系式
中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算参数与电池实际参数x0未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。
45.可选地，步骤1中，构建电池参数与荷电状态的关系式的方法包括：
46.步骤1.1，任取一与待测一次电池相同批次、相同额定容量的电池，测量其开路电压和内阻；
47.步骤1.2，将一次电池的额定容量c划分为n等份，在一次电池的正常使用电流下放电，放电容量为c/n；
48.步骤1.3，放电后静置至电压稳定，检测电池参数；
49.步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至电压降至放电截止电压；
50.步骤1.5，根据检测的电池参数，构建电池参数与荷电状态的关系式。
51.实施例1
52.本例通过建立电压与荷电状态的关系式，估算一次电池的荷电量。
53.步骤1，构建电压与荷电状态的关系式；
54.步骤1.1，从同一批次额定容量为4.0ah的锂氟化碳电池中任取一只电池，测量其开路电压和内阻；
55.步骤1.2，以0.1c(400ma)的电流进行放电，每次放电容量为200mah；
56.步骤1.3，放电后静置20h，测量其电压；
57.步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至放电截止电压降至1.5v；
58.步骤1.5，利用matlab的curve fitting工具箱将开路电压-荷电状态曲线进行八次多项式拟合，拟合方程表达式为式(1)：
59.u
oc
＝a0+a1soc+a2soc2+a3soc3+a4soc4+a5soc5+a6soc6+a7soc7+a8soc8ꢀꢀ
(1)
60.在上述表达式中，u
oc
表示开路电压，soc为荷电状态，经过计算后得到各项系数为：
61.a0＝2.403184957825477；
62.a1＝7.447828355095227；
63.a2＝-3.528277037686623
×
101；
64.a3＝1.620311359885388
×
102；
65.a4＝-5.53654830017479
×
102；
66.a5＝1.154783846069953
×
103；
67.a6＝-1.37749289510991
×
103；
68.a7＝8.638438038474764
×
102；
69.a8＝-2.203308730575948
×
102。
70.步骤2，测量待测一次电池的实际电压xs＝3.412v；
71.步骤3，设定待测一次电池的荷电状态初始估算值soc0为90％，将soc0＝90％代入式(1)中，获得电池计算电压x0＝3.5557v；
72.步骤4，设定误差阈值为0.001v，由于xs和x0的差值为0.1437v，大于电压误差阈值，则根据式(2)计算新的荷电状态估算值：
73.soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
ꢀꢀ
(2)
74.其中，k为自然数，dk为当荷电状态估算值为sock时，电池电压与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
电池计算电压xk与电池实际电压xs的差值，即，v
e,k
＝x
k-xs；
75.经计算得d0＝0.0162，v
e,0
＝x
0-xs＝0.1437v。根据式(2)计算soc1＝soc
0-d
0ve,0
＝90％-0.0162
×
0.1437＝89.77％，即待测电池荷电状态的估算值为89.77％。
76.步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc1代入式(1)中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算电压xk与电池实际电压xs未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。
77.如图1所示，图中的圆圈表示在不同soc下的开路电压实际测量值，直线表示使用实施例1提供的方法在不同soc下的开路电压拟合值。如图2-图4所示，使用上述方法进行soc估算，估算算法迭代204次之后，sock的值为52.69％，电池的计算电压为3.413v，实际电压为3.412v，计算电压与实际电压之间的误差为0.001v，等于设定的误差阈值，可认为此时的荷电状态估算值为正确值。因此认为荷电状态估算值为52.69％，荷电状态的实际值为50％，荷电状态的估算误差为2.69％，根据荷电状态的定义sock＝qk/q
cap
(qk为k时刻的剩余容量，q
cap
为电池的额定容量)，可以反向计算出此时的剩余容量为2.1076ah，电池的实际剩余容量为2ah，剩余容量的估算误差为0.1076ah。
78.对比例1
79.在实施例1的步骤4中，采用式(3)计算新的荷电状态估算值：
80.soc
k+1
＝soc
k-v
e,k
ꢀꢀ
(3)
81.之后，继续重复迭代至电池计算电压xk与电池实际电压xs未超过误差阈值。如图5-图7所示，估算所需迭代次数为2624次，荷电状态估算值为52.70％，荷电状态估算误差为2.7％，计算出剩余容量为2.108ah，剩余容量误差为0.108ah。
82.由于工程应用中使用芯片直接求解高次多项式需要较高的硬件计算成本，本发明提出设定soc初值，代入拟合函数得到相应估算电压、电阻、阻抗，利用该估算值与实际测量值之间的误差更新soc，并循环迭代至估算值与实际测量值之间的误差小于设定阈值，输出此时的soc值。由于用来更新soc的电压、内阻、阻抗误差值通常较小，依此求解soc所需迭代次数较多。本发明提出使用梯度下降的方法，使用电压、内阻、阻抗的估算误差与拟合函数在当次soc估算值的导函数值的乘积作为soc的更新项，以此改变soc迭代估算的步长，减少所需迭代次数，提高估算效率。
83.实施例2
84.本例通过建立内阻与荷电状态的关系式，估算一次电池的荷电量。
85.步骤1，构建内阻与荷电状态的关系式；
86.步骤1.1，从同一批次额定容量为3.4ah的锂氟化碳电池中任取一只电池，测量其开路电压和内阻；
87.步骤1.2，以0.1c(340ma)的电流进行放电，每次放电容量为170mah；
88.步骤1.3，放电后静置50h，测量其内阻；
89.步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至放电截止电压降至1.5v；
90.步骤1.5，利用matlab的curve fitting工具箱将内阻-荷电状态曲线进行多项式拟合。
91.步骤2：测量待测一次电池的实际内阻xs；
92.步骤3：将待测一次电池荷电状态的估算值sock代入内阻与荷电状态的关系式中，获得电池计算内阻xk；
93.步骤4，若计算电池内阻xk与实际电池内阻xs未超过误差阈值，则荷电状态估算值sock为实际荷电状态；若计算电池内阻xk与实际电池内阻xs超过误差阈值，则通过下式计算新的荷电状态估算值：
94.soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
(k为自然数)；
95.其中，dk为当荷电状态估算值为sock时，电池内阻与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
电池计算内阻xk与电池实际内阻xs的差值，即，v
e,k
＝x
k-xs；
96.步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc
k+1
代入电池内阻与荷电状态的关系式中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算内阻xk与电池实际内阻xs未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。
97.如图8所示，图中的圆圈表示在不同soc下的内阻实际测量值，直线表示使用实施例2提供的方法在不同soc下的内阻拟合值。
98.实施例3
99.本例通过建立阻抗与荷电状态的关系式，估算一次电池的荷电量。
100.步骤1，构建阻抗与荷电状态的关系式；
101.步骤1.1，从同一批次额定容量为5.0ah的锂氟化碳电池中任取一只电池，测量其开路电压和内阻；
102.步骤1.2，以0.1c(500ma)的电流进行放电，每次放电容量为250mah；
103.步骤1.3，放电后静置30h，测量其阻抗，交流阻抗的频率为0.01～106hz，偏压为2mv；
104.步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至放电截止电压降至1.5v；
105.步骤1.5，利用matlab的curve fitting工具箱将阻抗-荷电状态曲线进行多项式拟合。
106.步骤2：测量待测一次电池的实际阻抗xs；
107.步骤3：将待测一次电池荷电状态的估算值sock代入阻抗与荷电状态的关系式中，获得电池计算阻抗xk；
108.步骤4，若电池计算阻抗xk与电池实际阻抗xs未超过误差阈值，则荷电状态估算值sock为实际荷电状态；若电池计算阻抗xk与电池实际阻抗xs超过误差阈值，则通过下式计算新的荷电状态估算值：
109.soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
(k为自然数)；
110.其中，dk为当荷电状态估算值为sock时，电池阻抗与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
电池计算阻抗xk与电池实际阻抗xs的差值，即，v
e,k
＝x
k-xs；
111.步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc
k+1
代入电池阻抗与荷电状态的关系式中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算阻抗xk与电池实际阻抗xs未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。
112.如图9所示，图中的圆圈表示在不同soc下的内阻实际测量值，直线表示使用实施例3提供的方法在不同soc下的内阻拟合值。
113.综上所述，本发明基于一次电池的参数，利用soc定义域内给定的任意初值代入拟合式，利用估算误差和所拟合公式的导函数值进行soc的逐步迭代更新估算，不需cpu和复杂算法进行高次方程求解，具有无损、快捷、准确度高等优势。由于工程应用中使用芯片直
接求解高次多项式需要较高的硬件计算成本，本发明提出设定soc初值，代入拟合函数得到相应估算电压、电阻、阻抗，利用该估算值与实际测量值之间的误差更新soc，并循环迭代至估算值与实际测量值之间的误差小于设定阈值，输出此时的soc值。由于用来更新soc的电压、内阻、阻抗误差值通常较小，依此求解soc所需迭代次数较多。本发明提出使用梯度下降的方法，使用电压、内阻、阻抗的估算误差与拟合函数在当次soc估算值的导函数值的乘积作为soc的更新项，以此改变soc迭代估算的步长，减少所需迭代次数，提高估算效率。
114.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
技术特征：
1.一种一次电池荷电量估算方法，其特征在于，包括：步骤1，构建电池参数与荷电状态的关系式；步骤2，测量待测一次电池的某一电池实际参数x
s
；步骤3，将待测一次电池荷电状态的估算值soc
k
代入电池参数与荷电状态的关系式中，获得电池计算参数x
k
；步骤4，若电池计算参数x
k
与电池实际参数x
s
未超过误差阈值，则荷电状态估算值soc
k
为实际荷电状态；若电池计算参数x
k
与电池实际参数x
s
超过误差阈值，则通过下式计算新的荷电状态估算值：soc
k+1
＝soc
k-d
kve,k
(k为自然数)；其中，d
k
为当荷电状态估算值为soc
k
时，电池参数与荷电状态关系式的导数值，v
e,k
为电池计算参数x
k
与电池实际参数x
s
的差值，即，v
e,k
＝x
k-x
s
；步骤5，将待测电池荷电状态的估算值soc
k+1
代入电池参数与荷电状态的关系式中，重复上述步骤3和步骤4，直至电池计算参数与电池实际参数x0未超过误差阈值，以该次的荷电状态的估算值为荷电状态的实际值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，构建电池参数与荷电状态的关系式的方法包括：步骤1.1，任取一与待测一次电池相同批次、相同额定容量的电池，测量其开路电压和内阻；步骤1.2，将一次电池的额定容量c划分为n等份，在一次电池的正常使用电流下放电，放电容量为c/n；步骤1.3，放电后静置至电压稳定，检测电池参数；步骤1.4，重复上述步骤1.2和1.3，直至电压降至放电截止电压；步骤1.5，根据检测的电池参数，构建电池参数与荷电状态的关系式。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1.1中，n为10-50。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1.3中，静置时间为15-60h。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1.5中，构建的电池参数与荷电状态的关系式为多项式。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多项式为八次多项式。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池参数为电压、内阻或阻抗中的任意一种。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次电池为锂氟化碳电池。
技术总结
本发明公开了一种一次电池荷电量估算方法，包括：步骤1，构建电池参数与荷电状态的关系式；步骤2，测量待测一次电池的某一电池实际参数X
技术研发人员：
刘雯 付诗意 颜廷房 郭瑞 李永 马森 万冰芯 裴海娟 解晶莹
受保护的技术使用者：
上海空间电源研究所
技术研发日：
2022.08.01
技术公布日：
2022/11/29
