一种动力电池SOC估计方法技术

本发明专利技术属于电动汽车动力电池管理领域，涉及一种动力电池SOC估计方法。本发明专利技术采用如下步骤：建立动力电池RC等效电路模型，得到动力电池的状态空间方程；根据动力电池模型的状态空间方程，得到系统的观测矩阵，判断系统的可观测性；用改进的signum函数作为切换函数，设计滑模观测器；利用电池状态空间方程和设计的滑模观测器方程，得到电池的误差动态方程；选取合适的Lyapunov 函数，由稳定性条件得到动力电池最终的SOC估计方程。本发明专利技术提高了动力电池的建模精确度，所设计的滑模观测器极大降低了系统抖振，很好地补偿了外部干扰和建模误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动汽车动力电池管理领域，尤其涉及一种动力电池SOC估计方法。
技术介绍
随着现代工业技术的快速发展和全球汽车数量的不断增加，煤炭、石油等传统的不可再生能源已难以满足人类的需求，不断消耗的传统化石资源给环境带来了极大的破坏。近年来，随着人们对环保概念理解的不断深入，电动汽车得到广泛重视。作为电动汽车关键部件和主要能量来源的动力电池成为研究的核心。为了获得可用的电池能量，优化电池的管理系统，延长电池的寿命，需要精确地监控电池的运行状态。在电池的各种运行状态中，电池荷电状态（State of Charge，简称SOC）最为重要。SOC是电动汽车电池管理系统中非常重要的参数，但实际应用中不能直接测得电池的SOC，要估计SOC，必须通过其他物理量和参数间接得到。目前常用的SOC估计方法有：安时计量法、开路电压法、神经网络法、卡尔曼滤波法、观测器设计法等。安时计量法基本原理是对电流进行时间上的积分，长时间会造成SOC的累积误差；开路电压法在使用时需要电池的长时间静置，不能用于电池的在线SOC估计，实际应用中很少用到；神经网络法需要大量的样本训练数据，计算过程复杂；卡尔曼滤波法是一个最优化自回归数据的处理算法，但该方法的应用需要依赖于十分精确的电池等效模型，过程繁琐；滑模观测器方法凭借其较简单的方法和较强的鲁棒性，得到了广泛应用。但是，传统的滑模观测器以signum函数作为切换函数，存在明显的抖振现象，影响了动力电池SOC估计的精度。
技术实现思路
针对上述SOC估计方法存在的缺陷，本专利技术提出了一种基于改进的滑模观测器的动力电池SOC估计方法，削弱了抖振现象，提高了动力电池SOC的估计精度。本专利技术公开了一种动力电池SOC估计方法，包括如下具体步骤。建立动力电池RC等效电路模型，得到动力电池状态空间模型：。其中，和代表系统外部干扰和建模误差。简化为。其中。为了证明系统的可观测性，写出观测矩阵如下：。其中。显然，总是满秩的，所以电池系统是可观测的，可以进行观测器设计。改进的滑模观测器设计如下：。其中，， 和 分别为， 和的估计值，， 和 为滑模观测器增益，且，。状态方程误差定义如下：，，。切换函数为改进的signum函数。其中，为正数。由此得到电池误差动态方程为。为证明系统的稳定性，选取Lyapunov 函数为：。对该Lyapunov 函数求导可得：。其中，。由此可得：。通过上述条件，得到电池SOC误差方程如下：。同理，为证明SOC误差的收敛性，选取Lyapunov 函数为：。对求导得。其中，。由此得到：。通过上述条件得到：。综合上述分析可得，，满足稳定性条件。附图说明图1为动力电池RC等效电路模型图。图2为系统整体结构原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。图1为动力电池RC等效电路模型图。根据建立的动力电池RC等效电路模型得到电池的状态空间方程，在该方程中，各参数意义如下：、和分别表示电池的端电压、开路电压（OCV）和极化电压，表示欧姆电阻， 和分别表示电池内部浓差电阻和电化学电阻，表示电池的存储容量。由基尔霍夫电压定律可得到端电压方程如下：。整理得到电池状态空间方程：。其中，和代表系统外部干扰和建模误差。并且方程中各参数表示如下：。在进行滑模观测器设计前，首先判断系统的可观测性。对于已建立的电池等效模型，选定状态变量为，输入输出分别为，，则电池状态空间方程可简化为。。其中。于是系统的观测矩阵为。显然，总是满秩的，所以电池系统是可观测的，可以进行滑模观测器设计。下面进行滑模观测器设计。用改进的signum函数作为切换函数，极大地减弱了抖振现象，所述切换函数设计如下：。其中。为正数。滑模观测器设计如下：。其中，，和 分别为， 和的估计值，， 和 为滑模观测器增益，且，。状态方程误差定义如下：，，。由此得到电池误差动态方程为。下面证明系统的稳定性，选取Lyapunov 函数为：。对该Lyapunov 函数求导可得：。其中，。由此可得：。通过上述条件，得到电池SOC误差方程如下：。同理，为证明SOC误差的收敛性，选取Lyapunov 函数为：。对求导得。其中，。由此得到：。通过上述条件得到：。综合上述分析可得，，满足稳定性条件，故所设计的系统是稳定的。最后，得到改进的滑模观测器方程：。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力电池SOC估计方法，其特征在于，所述动力电池SOC估计方法的具体步骤是：建立动力电池RC等效电路模型，得到动力电池的状态空间模型；根据动力电池模型的状态空间方程，得到系统的观测矩阵，判断系统的可观测性；用改进的signum函数作为切换函数，设计滑模观测器；利用电池状态空间方程和设计的滑模观测器方程，得到电池的误差动态方程；选取Lyapunov 函数，由稳定性条件得到动力电池SOC估计方程。

【技术特征摘要】
2015.11.11 CN 20151076341781.一种动力电池SOC估计方法，其特征在于，所述动力电池SOC估计方法的具体步骤是：建立动力电池RC等效电路模型，得到动力电池的状态空间模型；根据动力电池模型的状态空间方程，得到系统的观测矩阵，判断系统的可观测性；用改进的signum函数作为切换函数，设计滑模观测器；利用电池状态空间方程和设计的滑模观测器方程，得到电池的误差动态方程；选取Lyapunov 函数，由稳定性条件得到动力电池SOC估计方程。2.如权利要求1所述的一种动力电池SOC估计方法，其特征在于：所述电池为锂离子电池。3.如权利要求1所述的动力电池RC等效电路模型，其特征在于：基于所述RC等效电路模型和基尔霍夫定律，以电池的电流为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光英，王中华，郭洪振，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37