一种锂电池荷电状态估算方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池荷电状态估算方法，包括建立电池等效电路模型，设置递归次数；采集电池的实时电压以及实时电流参数；将电池实时电压以及实时电流参数输入到电池的等效电路模型中；通过最小二乘法更新等效电路模型的模型参数；判断递归次数是否达到要求，输出锂电池的荷电状态估算值。本发明专利技术结合最小二乘法以及卡尔曼滤波算法对锂电池的荷电状态值进行准确的估算，利用卡尔曼滤波算法估算锂电池当前时刻的荷电状态值，利用最小二乘法，并根据过去时刻的荷电状态值更新电池等效电路模型的模型参数，使等效电路模型能够根据电池实际应用工况的改变而进行调整，提高锂电池荷电状态值估算的精准度。本发明专利技术创造用于估算锂电池荷电状态值。

A method for estimating the state of charge of lithium batteries

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池荷电状态估算方法
本专利技术涉及锂电池
，更具体地说涉及一种锂电池荷电状态估算方法。
技术介绍
现代工业的快速发展导致石油资源的需求日益增长，引发的环境污染问题引起了各方面的关注，作为新的节能环保的动力来源，锂电池已被应用于工业、日常生活等领域，在电动汽车行业尤为明显。作为电动汽车的能量来源，锂电池的管理对电动汽车是至关重要的，为充分利用电动汽车上每一节动力锂电池的能量，要求对锂电池进行合理的管理，准确的获得锂电池的荷电状态(SOC)已成为锂电池管理的重要环节。为了使电动汽车得到更大规模的普及，必须充分发挥锂电池系统的动力性能、提高其使用的安全性、防止锂电池过充或过放，延长锂电池的使用寿命、优化驾驶和提高电动汽车的使用性能，锂电池管理系统(BMS)就要对锂电池的荷电状态(SOC)进行准确估算。但是现有技术中，实际应用时锂电池的荷电状态值无法被直接测量，主要原因在于锂电池系统本身就是一种非线性的系统。现有技术中有一种根据荷电状态的定义来进行估算方法，由于需要在恒流且温度不变的条件下，因此这种方法很难满足电池实际使用工况，并且锂电池的额定容量受到放电倍率、使用环境温度、历史工况等的影响，并非是恒定常数，故而这样更是增加了荷电状态值的估测难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于卡尔曼滤波算法的锂电池荷电状态估算方法。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：一种锂电池荷电状态估算方法，包括以下步骤：步骤A.建立基于卡尔曼滤波算法的电池等效电路模型，设置递归次数，并初始化所述等效电路模型的模型参数，所述等效电路模型是利用状态方程以及测量方程描述的；步骤B.采集电池的实时电压以及实时电流参数；步骤C.将t＝tn时刻的电池实时电压以及实时电流参数输入到电池的等效电路模型中，所述等效电路模型的状态方程输出锂电池该时刻的荷电状态估算值，测量方程输出锂电池该时刻的开路电压测量值；步骤D.利用t＝tn时刻锂电池的荷电状态估算值以及开路电压测量值，通过最小二乘法更新等效电路模型的模型参数；步骤E.判断递归次数是否达到要求，如果不是，返回步骤B，另n＝n+1，如果是，锂电池荷电状态估算结束，输出锂电池的荷电状态估算值。作为上述方案的进一步改进，所述步骤A中，用于描述等效电路模型的状态方程为表达式1，Xn＝φn，n-1Xn-1+Γn-1Wn-1，其中Xn是锂电池t＝tn时刻的荷电状态估算值，φn，n-1是一步转移矩阵，Γn-1是状态方程的噪声驱动矩阵，Wn-1是状态方程的噪声向量；用于描述等效电路模型的测量方程为表达式2，Zn＝HnXn+Vn，其中Zn是锂电池t＝tn时刻的开路电压测量值，Hn是测量矩阵，Vn测量方程的误差向量；所述等效电路模型的模型参数指的是φn，n-1和Hn。作为上述方案的进一步改进，所述步骤D包括以下步骤：步骤D1.获取荷电状态矩阵X以及开路电压矩阵Z，其中Xk＝φk，k-1Xk-1，Zk＝HkXk，其中k＝0,1,2,3......n；步骤D2.根据公式3求解最小二乘法估算系数矩阵B，其中k＝0,1,2,3......n；步骤D3.根据最小二乘法估算系数矩阵B，更新等效电路模型的模型参数φn，n-1和Hn。本专利技术的有益效果是：本专利技术结合最小二乘法以及卡尔曼滤波算法对锂电池的荷电状态值进行准确的估算，首先利用卡尔曼滤波算法估算锂电池当前时刻的荷电状态值，之后利用最小二乘法，并根据过去时刻的荷电状态值以及开路电压更新电池等效电路模型的模型参数，使等效电路模型能够根据电池实际应用工况的改变而进行调整，提高锂电池荷电状态值估算的精准度。本专利技术创造用于估算锂电池荷电状态值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本专利技术的荷电状态估算方法流程图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。参照图1，本专利技术创造公开了一种锂电池荷电状态估算方法，包括以下步骤：步骤A.建立基于卡尔曼滤波算法的电池等效电路模型，设置递归次数，并初始化所述等效电路模型的模型参数，所述等效电路模型是利用状态方程以及测量方程描述的；步骤B.采集电池的实时电压以及实时电流参数；步骤C.将t＝tn时刻的电池实时电压以及实时电流参数输入到电池的等效电路模型中，所述等效电路模型的状态方程输出锂电池该时刻的荷电状态估算值，测量方程输出锂电池该时刻的开路电压测量值；步骤D.利用t＝tn时刻锂电池的荷电状态估算值以及开路电压测量值，通过最小二乘法更新等效电路模型的模型参数；步骤E.判断递归次数是否达到要求，如果不是，返回步骤B，另n＝n+1，如果是，锂电池荷电状态估算结束，输出锂电池的荷电状态估算值。具体地，本专利技术结合最小二乘法以及卡尔曼滤波算法对锂电池的荷电状态值进行准确的估算，首先利用卡尔曼滤波算法估算锂电池当前时刻的荷电状态值，之后利用最小二乘法，并根据过去时刻的荷电状态估算值以及锂电池开路电压测量值，更新电池等效电路模型的模型参数，使等效电路模型能够根据电池实际应用工况的改变而进行调整，提高锂电池荷电状态值估算的精准度，同时还能够保证锂电池荷电状态值估算的精准度不会随着锂电池应用工况的改变而发生偏移。进一步作为优选的实施方式，本专利技术创造具体实施方式中，所述步骤A中，用于描述等效电路模型的状态方程为表达式1，Xn＝φn，n-1Xn-1+Γn-1Wn-1，其中Xn是锂电池t＝tn时刻的荷电状态估算值，φn，n-1是一步转移矩阵，Γn-1是状态方程的噪声驱动矩阵，Wn-1是状态方程的噪声向量；用于描述等效电路模型的测量方程为表达式2，Zn＝HnXn+Vn，其中Zn是锂电池t＝tn时刻的开路电压测量值，Hn是测量矩阵，Vn测量方程的误差向量；所述等效电路模型的模型参数指的是φn，n-1和Hn。本专利技术创造利用卡尔曼滤波方程描述锂电池等效电路模型，利用卡尔曼滤波算法对含有噪声的观测数据进行处理，有效提高锂电池荷电状态估算值的精准度。进一步作为优选的实施方式，所述步骤D用于根据过去所有时刻的锂电池荷电状态估算值以及开路电压测量值更新等效电路模型的模型参数。具体地，所述步骤D包括以下步骤：步骤D1.获取荷电状态矩阵X以及开路电压矩阵Z，其中Xk＝φk，k-1Xk-1，Zk＝HkXk，其中k＝0,1,2,3......n；步骤D2.根据公式3求解最小二乘法估算系数矩阵B，其中k＝0,1,2,3......n；步骤D3.根据最小二乘法估算系数矩阵B，更新等效电路模型的模型参数φn，n-1和Hn。以上对本专利技术的较佳实施方式进行了具体说明，但本专利技术创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本专利技术精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池荷电状态估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.建立基于卡尔曼滤波算法的电池等效电路模型，设置递归次数，并初始化所述等效电路模型的模型参数，所述等效电路模型是利用状态方程以及测量方程描述的；步骤B.采集电池的实时电压以及实时电流参数；步骤C.将t＝tn时刻的电池实时电压以及实时电流参数输入到电池的等效电路模型中，所述等效电路模型的状态方程输出锂电池该时刻的荷电状态估算值，测量方程输出锂电池该时刻的开路电压测量值；步骤D.利用t＝tn时刻锂电池的荷电状态估算值以及开路电压测量值，通过最小二乘法更新等效电路模型的模型参数；步骤E.判断递归次数是否达到要求，如果不是，返回步骤B，另n＝n+1，如果是，锂电池荷电状态估算结束，输出锂电池的荷电状态估算值。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池荷电状态估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.建立基于卡尔曼滤波算法的电池等效电路模型，设置递归次数，并初始化所述等效电路模型的模型参数，所述等效电路模型是利用状态方程以及测量方程描述的；步骤B.采集电池的实时电压以及实时电流参数；步骤C.将t＝tn时刻的电池实时电压以及实时电流参数输入到电池的等效电路模型中，所述等效电路模型的状态方程输出锂电池该时刻的荷电状态估算值，测量方程输出锂电池该时刻的开路电压测量值；步骤D.利用t＝tn时刻锂电池的荷电状态估算值以及开路电压测量值，通过最小二乘法更新等效电路模型的模型参数；步骤E.判断递归次数是否达到要求，如果不是，返回步骤B，另n＝n+1，如果是，锂电池荷电状态估算结束，输出锂电池的荷电状态估算值。2.根据权利要求1所述的一种锂电池荷电状态估算方法，其特征在于：所述步骤A中，用于描述等效电路模型的状态方程为表达式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李壮，杨兆华，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44