基于IPF的锂离子电池SOC估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，包括以下步骤：建立锂离子电池系统的数学模型，得到系统的状态方程和观测方程，并离散化处理；对锂离子电池进行恒流脉冲放电实验，获得锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC；在MATLAB上对锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC的关系曲线进行拟合，并辨识得到电池模型参数，从而建立锂离子电池的等效模型；采用改进的粒子滤波估算锂离子电池SOC。本发明专利技术通过锂离子电池系统的数学模型以及改进的粒子滤波的估算得到锂离子电池荷电状态，具有估算精确度高和估算快速的特点，从而保证锂离子电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
基于IPF的锂离子电池SOC估计方法
本专利技术涉及一种锂离子电池SOC估计方法，特别涉及一种基于IPF的锂离子电池SOC估计方法。
技术介绍
近年来，由于能源危机、环境污染以及能源安全等诸多因素，电动汽车行业迎来了蓬勃发展。目前，电动汽车的产业化进程面临以下核心问题：1、电池有效储能密度低，且短时间内很难有效提高；2、电池价格昂贵，生产维护成本高；3、电池充电时间长。而要解决以上问题，目前只能从电池管理系统的研发入手。电池管理系统(BMS)作为电动汽车的重要组成部分，可以实时监测电池的电压、温度、电流、SOC等，对车载锂电池进行有效控制和管理，从而有效提高电池组使用寿命，提高电动汽车的续航里程。而SOC估计作为电池管理系统中反映电池使用情况的最重要的数据，其估计的准确与否直接影响电池管理系统的工作性能，因此一种准确、快速的SOC估计方法对于电动汽车行业的发展有很大的推动作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于IPF的锂离子电池SOC估计方法。本专利技术具有估算精确度高和估算快速的特点。本专利技术的技术方案：一种基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，包括以下步骤：S1、建立锂离子电池系统的数学模型，得到系统的状态方程和观测方程，并离散化处理；S2、对锂离子电池进行恒流脉冲放电实验，获得锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC；S3、在MATLAB上对锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC的关系曲线进行拟合，并辨识得到锂离子电池模型参数，从而建立锂离子电池的等效模型；S4、采用改进的粒子滤波估算锂离子电池SOC。上述的基于IPF的锂离子电池SOC估计方法中，所述的状态方程为所述的观测方程为UL(k)＝UOC(k)-i(k)×R0(k)-U1(k)+v(k)式中：SOC(k+1)为系统k+1时刻的锂离子电池荷电状态，U1(k+1)为系统k+1时刻的极化电压值，Δt表示采样时间，R1表示极化电阻，R0为欧姆内阻，τ1表示极化时间，η表示充放电效率，QN表示电池实际容量，i(k)表示系统k时刻的放电电流，w(k)和v(k)表示系统k时刻状态和量测的噪声。前述的基于IPF的锂离子电池SOC估计方法中，所述的恒流脉冲放电实验的步骤如下：①在室温下，在锂离子电池上连接具有恒流放电功能的负载；②利用锂离子电池的最大充电电流值对锂离子电池进行恒流充电，直到锂离子电池两级的电压差达到截止电压；③利用锂离子电池最大充电电压恒压对锂离子电池继续进行充电，直到充电电流小于0.033C，此时认为锂离子电池已充满电；④以0.3C的电流对锂离子电池进行持续放电，放电时间10min，若放电过程中锂离子电池电压低于最低电压，则停止放电，结束测试，否则继续放电；⑤放电10min后断开电路，对锂离子电池静置1h，之后重复步骤④；⑥测试结束；⑦实验数据处理；将步骤④的最后1s放电电压记为锂离子电池放电工作电压Udn(n＝1,2,3…)，通过以下公式计算电池放出的电荷：其中Idn(t)表示放电过程中监测到的实时电流大小，tdn表示放电时间根据公式：计算得到锂离子电池的剩余电流SOC，其中Q0表示锂离子电池的总电荷量。前述的基于IPF的锂离子电池SOC估计方法中，所述的改进的粒子滤波估算锂离子电池SOC，方法步骤如下：(1)：初始化：k＝0从先验状态分布抽取一组粒子同时定义一组参数：其中j＝1,2,…,L，L为状态x的维数；γ为尺度因子Fork＝1,2,…(2)重要采样过程Fori＝1,2,…,NI.用UKF对每一粒子进行状态更新产生变换样点：时间更新：测量更新：式中II.从IDF进行采样Fori＝1,2,…,N估算每一粒子的权重并进行归一化：由此可知进行采样得到粒子之后，相应的权值为(3)重采样过程在得到k时刻所有粒子的权值之后，该时刻总的后验概率密度可计算为式中为归一化权重。(4)估计输出通过执行步骤1-步骤3的递推步骤，即可得到状态量的估计；在重要采样过程中用混合高斯模型近似状态的后验分布，然后利用无迹卡尔曼滤波(UKF)生成建议分布，最后通过残差重采样技术估算锂离子电池荷电状态(SOC)。与现有技术相比，本专利技术通过锂离子电池系统的数学模型以及改进的粒子滤波的估算得到锂离子电池荷电状态，具有估算精确度高和估算快速的特点，从而保证锂离子电池的使用寿命。本专利技术还具有以下优点：1、通过重要采样方法结合高斯混合近似，有效的避免由于实际过程中协方差矩阵奇异时，粒子权值计算较为困难以及状态估计误差协方差矩阵和过程噪声协方差矩阵在量值上不可比拟时，数值敏感或者计算溢出等问题，改善了粒子权值的分布特性，从而有效的避免粒子退化以及大大提高滤波器的估计性能；2、利用无迹卡尔曼滤波(UKF)生成建议分布，便于实现且较好近似真实分布的重要密度函数(ImportanceDensityFunction,IDF),且结合残差重采样技术有效改善SOC估算精度；3、在锂离子电池中，通常情况下过程噪声相对较小，而状态估计误差可能会很大，相应地其协方差为了包含估计误差也将会非常大，而通过本专利技术能避免状态估算算法中的数值敏感问题，同时，在粒子滤波在使用过程中，解决了粒子退化问题。附图说明图1是电池戴维南等效电路模型；图2是电池恒流脉冲放电电流电压曲线；图3是OCV和SOC的关系拟合曲线；图4是戴维南模型RLS算法参数辨识电阻结果；图5是戴维南模型RLS算法参数辨识电容结果；图6是电池真实SOC、粒子滤波算法和改进无迹粒子滤波算法对比图；图7是粒子滤波算法和改进无迹粒子滤波算法误差对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例：一种基于IPF(improveParticleFilter改进的粒子滤波)的锂离子电池SOC估计方法，包括以下步骤：S1、建立锂离子电池系统的数学模型，得到系统的状态方程和观测方程，并离散化处理；所述的状态方程为所述的观测方程为UL(k)＝UOC(k)-i(k)×R0(k)-U1(k)+v(k)式中：SOC(k+1)为系统k+1时刻的锂离子电池荷电状态，U1(k+1)为系统k+1时刻的极化电压值，Δt表示采样时间，R1表示极化电阻，R0为欧姆内阻，τ1表示极化时间，η表示充放电效率，QN表示电池实际容量，i(k)表示系统k时刻的放电电流，w(k)和v(k)表示系统k时刻状态和量测的噪声。锂离子电池戴维南等效电路模型图如图1所示。S2、在对锂离子电池进行恒流脉冲放电实验，获得锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC；具体实验步骤如下：①在室温下，在锂离子电池上连接具有恒流放电功能的负载；②利用锂离子电池的最大充电电流值对锂离子电池进行恒流充电，直到锂离子电池两级的电压差达到截止电压；③利用锂离子电池最大充电电压恒压对锂离子电池继续进行充电，直到充电电流小于0.033C，此时认为锂离子电池已充满电；④以0.3C的电流对锂离子电池进行持续放电，放电时间10min，若放电过程中锂离子电池电压低于最低电压，则停止放电，结束测试，否则继续放电；⑤放电10min后断开电路，对锂离子电池静置1h，之后重复步骤④；⑥测试结束；⑦实验数据处理。将步骤④的最后1s放电电压记为锂离子电池放电工作电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立锂离子电池系统的数学模型，得到系统的状态方程和观测方程，并离散化处理；S2、对锂离子电池进行恒流脉冲放电实验，获得锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC；S3、在MATLAB上对锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC的关系曲线进行拟合，并辨识得到锂离子电池模型参数，从而建立锂离子电池的等效模型；S4、采用改进的粒子滤波估算锂离子电池SOC。

【技术特征摘要】
1.基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立锂离子电池系统的数学模型，得到系统的状态方程和观测方程，并离散化处理；S2、对锂离子电池进行恒流脉冲放电实验，获得锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC；S3、在MATLAB上对锂离子电池开路电压和锂离子电池的剩余电流SOC的关系曲线进行拟合，并辨识得到锂离子电池模型参数，从而建立锂离子电池的等效模型；S4、采用改进的粒子滤波估算锂离子电池SOC。2.根据权利要求1所述的基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，其特征在于：所述的状态方程为所述的观测方程为UL(k)＝UOC(k)-i(k)×R0(k)-U1(k)+v(k)式中：SOC(k+1)为系统k+1时刻的锂离子电池荷电状态，U1(k+1)为系统k+1时刻的极化电压值，Δt表示采样时间，R1表示极化电阻，R0为欧姆内阻，τ1表示极化时间，η表示充放电效率，QN表示电池实际容量，i(k)表示系统k时刻的放电电流，w(k)和v(k)表示系统k时刻状态和量测的噪声。3.根据权利要求1所述的基于IPF的锂离子电池SOC估计方法，其特征在于：所述的恒流脉冲放电实验的步骤如下：①在室温下，在锂离子电池上连接具有恒流放电功能的负载；②利用锂离子电池的最大充电电流值对锂离子电池进行恒流充电，直到锂离子电池两级的电压差达到截止电压；③利用锂离子电池最大充电电压恒压...

【专利技术属性】
技术研发人员：玄东吉，侍壮飞，钱潇，赵晓波，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33