【技术实现步骤摘要】
基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法
[0001]本专利技术属于电池管理
,涉及锂电池管理技术,具体地说,涉及一种基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法。
技术介绍
[0002]近年来,随着能源危机和环境问题的日益加重,低污染、高能效的电动汽车成为汽车工业研究的热点。锂离子电池具有小型轻量、高能量密度、大输出功率和高安全新能的特点,成为电动汽车储能器件的首选。电池荷电状态(英文:State Of Charge,简称:SOC)直接反映电池剩余容量,是车辆控制系统制定最优能源管理策略的重要依据。SOC是一个重要的电池性能参数,准确估计SOC对于提高电池安全性能、延长电池寿命、保证电池系统可靠运行具有重要意义。
[0003]目前,常用的锂电池SOC估计方法有安时积分法、开路电压法、神经网络法和卡尔曼滤波算法(英文:Kalman Filtering,简称KF)等。其中,安时积分法通过累积充放电的电量来估计电池的SOC,同时根据放电速率对估计出的SOC进行一定的补偿。安时积分法相对简单,可动态估计电池SOC,但是电流积分需要获得初始的SOC值,并且要对电池电流进行精确采集,这导致SOC估计误差随时间不断积累,估计精度低,因此,在实际应用中,通常将安时积分法结合其他方法一起使用来提高估计精度。开路电压法是根据电池的开路电压与电池内部锂离子浓度之间的变化关系,间接地拟合出它与电池SOC之间的对应关系,然后将电池长时间静置测量开路电压,根据拟合的开路电压与SOC对应关系获得当前电池SOC。开路电压 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,其步骤为:S1、基于锂电池的二阶等效电路模型获取模型的状态方程和输出方程,并进行离散化得到离散化的二阶等效电路模型的状态空间方程;S2、通过电池放电的电压响应曲线、二阶等效电路模型的状态方程和输出方程辨识模型参数;S3、将辨识的模型参数代入二阶等效电路模型的状态方程和输出方程,利用脉冲放电作为二阶等效电路模型输入,将二阶等效电路模型输出端电压与实际端电压进行对比,验证二阶等效电路模型精度;S4、建立自适应无迹卡尔曼滤波算法,通过移动窗口法计算新息和残差的方差,自适应更新计算状态空间方程的系统噪声协方差和观测噪声协方差;S5、基于建立的自适应无迹卡尔曼滤波算法,利用卡尔曼滤波器估计锂电池的端电压值和锂电池的SOC值。2.如权利要求1所述的基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,二阶等效电路模型的状态方程为:式中,I
bat
为锂电池开路电流,放电为正;Q
bat
为锂电池的额定容量;R
si
为锂电池的欧姆内阻;R
tf
为锂电池的极化电阻;C
tf
为锂电池的极化电容;R
ts
为浓差极化电阻;C
ts
为浓差极化电容;U
tf
为极化电容C
tf
两端的电压;U
ts
为浓差极化电容C
ts
两端的电压;二阶等效电路模型的输出方程为:U
bat
=U
OC
(SOC)
‑
R
si
I
bat
‑
U
tf
‑
U
ts
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中,U
bat
为电池端电压;U
OC
(SOC)为与SOC相关的电池开路电压。3.如权利要求2所述的基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,根据锂电池的二阶等效电路模型,结合公式(1)和公式(2)得到离散化的二阶等效电路模型的状态空间方程为:
式中,τ
tf
=R
tf
C
tf
为快时间常数,τ
ts
=R
ts
C
ts
为慢时间常数;令I
bat
(k)=u
k
,U
bat
(k)=y
k
,C=[
‑1ꢀ‑
1 0],离散化的二阶等效电路模型的状态空间方程简化为:4.如权利要求3所述的基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,步骤S2中,辨识的模型参数包括锂电池的欧姆内阻R
si
、锂电池的极化电阻R
tf
、锂电池的极化电容C
tf
、浓差极化电阻R
ts
、浓差极化电容C
ts
以及具有函数关系的锂电池开路电压U
oc
(SOC)表达式。5.如权利要求4所述的基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,步骤S2中,将10节锂电池并联,采用1C脉冲放电,每放电3min,然后静置2h,循环放电到截止电压,得到脉冲放电电压曲线和脉冲放电电流曲线,获得锂电池SOC和开路电压U
oc
,用MATLAB进行最小二乘拟合,得到开路电压U
oc
和锂电池SOC的函数关系曲线。6.如权利要求4所述的基于自适应无迹卡尔曼滤波的锂电池荷电状态估计方法,其特征在于,步骤S2中,通过对电池脉冲放电的电压响应曲线进行分析,结合电阻电容特性,进行电阻电容的辨识;辨识电阻电容的具体过程为:将电池电压响应曲线分为四个阶段:A
‑
B段:电池从静置开始放电,端电压跳跃式下降,极化电容C
tf
两端的电压U
tf
和浓差极化电容C
ts
两端的电压U
ts
不能发生突变,A
‑
B段电压的突降是由于欧姆内阻R
si
引起的;B
‑
C段:在持续放电期间,电化学极化和浓差极化共同作用,使电压以指数变化的形式下降;在B
‑
C段之前,电压U
tf
和电压U
ts
为零,则B
‑
C段为零状态响应;C
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。