一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法及其应用，该方法包括如下步骤：电池参数及电池动态效应的递推在线辨识；基于电压限制的下一时刻的电池SOP计算；基于电压限制的下一时刻以后时刻的电池SOP计算；基于电流限制的下一时刻的电池SOP计算；基于电流限制的下一时刻以后时刻的电池SOP计算；基于电压限制和电流限制综合的下一时刻的电池SOP、下一时刻以后时刻的电池SOP的在线估计。本发明专利技术考虑了电池电压和电流工作窗口对峰值功率的影响，能同时实现高精度的SOP的单步预测和多步预测，能有效防止电池在实时运行过程中被滥用、帮助其它相关系统实现最优化的能量管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是电池管理系统
，具体地说，是一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法及其应用。
技术介绍
SOP为描述电池最大充放电能力的参数，用于确定对电池的最大输入和负载的最大输出功率，避免对电池滥用，以及确定如电动汽车的加速爬坡性能和再生制动能力等。电池SOP预测是电池管理系统研究中一个新领域。国内外关于电池SOP估计的方法主要已有:美国下一代汽车联盟(PNGV)提出了用脉冲放电(Hybrid Pulse PowerCharacteristics, HPPC)法来估算电池的最大充放电能力；基于电池的动态电化学模型来精确预测下一采样点电池的SOP的方法；采用了扩展卡尔曼滤波来估计电池的SOP的方法等。现有方法，大多只考虑了电池电压阈值对电池SOP的限制，而忽略了电流阈值对电池峰值功率的限制；同时，对电池的单步SOP和多步SOP采用了相同的方法进行预测，没有能够合理利用电池电压、电流的实时采样值，从而限制了电池单步SOP的预测精度。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了提供一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法及其应用。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现:一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法，包括如下步骤:步骤1、执行基于电池等效电路模型中的电池参数及对电池等效电路模型中未涵盖电池效应进行综合模拟的电池参数的递推在线辨识；步骤2、执行基于电压限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻的电池SOP计算；步骤3、执行基于电压限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻以后时刻的电池SOP计算；步骤4、执行基于电流限制和在辨识计出的电池参数的下一时刻的电池SOP计算；步骤5、执行基于电流限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻以后时刻的电池SOP计算； 步骤6、综合步骤2-5计算出的下一时刻的电池SOP以及以后时刻的电池S0P，实现对基于电压限制和电流限制综合的电池SOP的在线估计。所述步骤I中的电池等效电路模型为Thevenin模型，所述电池等效电路模型中的电池参数包括电池的开路电压V。。、电池的直流内阻Rin、用于模拟电池的电荷转移现象的RC回路中的电阻Rp和电容C p，在时刻k所述电池等效电路模型中未涵盖电池效应进行综合模拟的电池参数为白噪声的滑动平均值所构建的在电池等效电路模型的输出端添加的有色噪声wk。所述步骤I中的递推在线辨识的方法为基于递推扩展最小二乘法的在线辨识方法，具体包括如下步骤:步骤101、按公式 rTk= 计算时亥Ijk输入向量的递推值Γ，其中，Γ'= Γ τ2 =…=Γ Tnc= Γ。，Γ。为给定的初始值，1、V方通过传感器采样的电池的电流(充电时为负，放电时为正)、端电压，下标k代表第k时刻、k-Ι代表第k-Ι时刻，Δ t为第k时刻和第k-Ι时刻间的时间，nk n…、nk n。分别为前一时刻k-Ι、前nc时刻k-nc的随机误差；步骤102、按公式 Pk= / λ 更新第 k 时刻的增益因子匕，其中，下标k、k-l分别代表第k时刻和k-Ι时刻，λ为遗忘因子(通常取值区间为0.95?I)；步骤103、按公式Ok= Ok !+PkTk[Vtjk-rTk0k J计算第k时刻的待辨识参数向量Ok;步骤104、在k+Ι时刻电池的电流I和端电SVt采样值更新后，按公式n k+1 ,= Vt,k+i Γ Tk+1 x0k+1 x (i = 1,2,3,…，nc)更新当前时刻以前的nc个时刻的随机误差，将k用k+Ι代替，返回步骤101，实现递推。步骤105、利用在步骤101?104递推计算中获得待辨识参数向量(\中的元素O hk、02,k、03,k、04,k，分别按公式 Vdc= OhloRin= O 3,k/04,k、Rp= -02,k_03,k/04,k、Cp= O 4,k2/(02,k04,k+03,k)计算出电池等效电路模型中的电池开路电压V。。、直流内阻Rin、RC电路中的Rp和C p。所述步骤2具体包括如下步骤:步骤201、按公式Vp, k= V pc-Vt, k_IkRin+wk计算当前时刻k的电池极化电压V p, k，其中，Voc, Rin和W k分别为在所述步骤I中在线辨识的电池开路电压、直流内阻、有色噪声，V t,#口 I k为由传感器测量得到的电池端电压和通过电池的电流；步骤202、按公式 Vp,k+1= e At/Rp/CpVp, k+(1-e At/Rp/Gp) RpIk估计下一时刻 k+1 的电池极化电压Vp,k+1，其中，RP、CP分别为所述步骤I中在线识别的用于模拟电池的电荷转移现象的RC回路中的电阻、电容，Δ t为下一时刻k+Ι与当前时刻k之间的时间；步骤203、按wk+1= Γ Tk0k估计下一时刻的有色噪声w k+1，其中，Γ Tk、0k分别为所述步骤I中计算出的时刻k输入向量的递推值、待辨识参数向量；步骤204、分别按公式 Ichrg'ma\+1= (Voc-Vp,k+1-Vnax+wk+1)/Rin,严一k+l= (Voc-Vp,k+1_V_+wk+1) /Rin计算下一时刻k+1不超过电池允许最高电压V_的最大充电电流I ~’_k+1、不超过电池允许最低电压V-的最大放电电流I —g’_k+1;步骤205、按下式计算出基于电压限制的下一时刻k+Ι的电池SOP:S0Pv’shortchargg, k+1= V _rhrg’_k+1;SOPv' shortdlscharge, k+1 = V ninIdlschrB' _k+1。所述步骤3具体包括如下步骤:步骤301、按公式 Vp,k+1= e At/Rp/CpVp, k+(1-e At/Rp/Gp) RpIk估计下一时刻 k+1 的电池极化电压Vp,k+1，其中，RP、CP分别为所述步骤I中在线识别的用于模拟电池的电荷转移现象的RC回路中的电阻、电容，Δ t为下一时刻k+Ι与当前时刻k之间的时间；步骤302、分别按公式 Ichrg’_k+1= (V oc-Vp, k+1-Vn J/Rin^ Idlschrg'ma\+1= (Vcic-Vp,k+1_V_)/Rin计算下一时刻k+1不超过电池允许最高电压￥_的最大充电电流1-g’_k+1、不超过电池允许最低电压V-的最大放电电流I —g’_k+1;步骤303、令k = k+Ι，重复步骤301和步骤302，则可在没有其他输入的情况下计算出当前时刻以后η个时刻的不超过电池允许最高电压乂_的最大充电电流I &g’_k+1、不超过电池允许最低电SV_的最大放电电流I d—a\+1，其中，i = I?η ;进而按下式计算出基于电压限制的下一时刻以后时刻的电池SOP:SOPv'lonBcharge,k+]= vnaxrh?k+];SOPv, lonBdlscharge, k+J = V _I—rg’ _k+];其中，下标中的k代表当前时刻、k+j代表当前时刻以后的j(j = 1，2，…，η)。所述步骤4具体包括如下步骤:步骤401、按公式Vp, k= V。。-Vt, k_IkRin+w3+算当前时刻k的电池极化电压V p, k，其中，Voc, Rin和w k分别为在所述步骤I中在线辨识的电池开路电压、直流内阻、有色噪声，V t,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电池组功率状态SOP的在线估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、执行基于电池等效电路模型中的电池参数及对电池等效电路模型中未涵盖电池效应进行综合模拟的电池参数的递推在线辨识；步骤2、执行基于电压限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻的电池SOP计算；步骤3、执行基于电压限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻以后时刻的电池SOP计算；步骤4、执行基于电流限制和在辨识计出的电池参数的下一时刻的电池SOP计算；步骤5、执行基于电流限制和在线辨识出的电池参数的下一时刻以后时刻的电池SOP计算；步骤6、综合步骤2—5计算出的下一时刻的电池SOP以及以后时刻的电池SOP，实现对基于电压限制和电流限制综合的电池SOP的在线估计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，赵小巍，羌嘉曦，
申请(专利权)人：上海凌翼动力科技有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31