用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统技术方案

一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，属于混合动力汽车锂离子电池技术领域。本系统包括两个主要组成部分，第一部分为开路电压特性调节系统和等效电路模型参数校准调节系统，这两个系统可以根据环境温度对开路电压的数值与等效电路模型的参数进行精确校准，以降低由温度变化引起的模型的误差；第二部分为SOC在线估算的实现，噪声统计特性、滤波器增益自适应和递归式状态估计系统，这两个系统能够提高SOC在线估算的鲁棒性与精度。该系统能够在轻混汽车典型循环工况下对SOC实现高精度，高鲁棒性的在线估算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统
本专利技术涉及一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，属于混合动力汽车锂离子电池

技术介绍
相较于纯电动、插电式混合动力以及深度混合动力汽车，搭载48V系统的轻度混合动力汽车(下称48V轻混汽车)以其技术复杂度低、开发制造相对容易、成本低、节油减排效果高效等优势备受市场以及用户的青睐。48V轻混汽车的电气化方案，是通过在传统燃油汽车动力总成的基础上添加48V系统实现的——主要包括启动/发电一体式电机、电力转换单元以及48V锂离子电池系统——从而使得轻混汽车能以相较纯电动和其他类型混合动力汽车低得多的成本达到各国法规规定的排放与油耗指标。在48V系统中，锂离子电池荷电状态(SOC，StateofCharge)的估算精度将会直接影响48V电池系统的性能和效率，进而影响整个轻混汽车的性能和燃油效率。因此需要电池管理系统(BMS，BatteryManagementSystem)对SOC实现实时、精确、高鲁棒性的估算。目前市场上混合动力汽车常用的SOC估算方法主要包括安时积分与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，包括参数调节系统和SOC估算系统；/n所述参数调节系统包括开路电压特性调节系统和等效电路模型参数校准调节系统，所述参数调节系统可以根据环境温度对开路电压的数值与等效电路模型的参数进行精确校准，以降低由温度变化引起的模型误差；/n所述SOC估算系统包括噪声统计特性、滤波器增益自适应和递归式状态估计系统，所述SOC估算系统能够提高SOC在线估算的鲁棒性与精度；/n所述参数调节系统与SOC估算系统所需输入信号均来自于BMS所采集的负载电流、端电压和温度的测量数值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，包括参数调节系统和SOC估算系统；
所述参数调节系统包括开路电压特性调节系统和等效电路模型参数校准调节系统，所述参数调节系统可以根据环境温度对开路电压的数值与等效电路模型的参数进行精确校准，以降低由温度变化引起的模型误差；
所述SOC估算系统包括噪声统计特性、滤波器增益自适应和递归式状态估计系统，所述SOC估算系统能够提高SOC在线估算的鲁棒性与精度；
所述参数调节系统与SOC估算系统所需输入信号均来自于BMS所采集的负载电流、端电压和温度的测量数值。


根据权利要求1所述的一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，所述开路电压特性调节系统包括OCV与SOC以及环境温度的三维映射关系，以保证开路电压特性实时调节的精确度；所述三维映射关系可通过下式表达OCV(s，T)(1)
其中变量s与变量T分别代表SOC的值和环境温度的值。


根据权利要求2所述的一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，所述三维映射关系的建立具体包括以下步骤：
1)在不同温度下对锂电池进行OCV-SOC特性测试，通过温箱对测试温度实施恒定控制，所测试的温度为-30℃到60℃，测试频率为每隔10℃进行一次测试；对于每一个温度值下的测试，在测试过程中每隔5％SOC收集一组OCV测量值；对所收集到的OCV测量值进行预处理，并记录为对应温度和对应SOC下的OCV值；
2)将步骤1)所得的测试数据拟合到函数OCV(s，T)，建立一个可用二元多项式回归模型表达的三维映射关系；该二元回归模型表达式如下



同时，OCV关于SOC的导函数、及该导函数对应的回归模型也可以通过公式(2)以如下方式获得：



3)把步骤2)获得的二元回归模型的系数储存在BMS系统的软件中；在BMS系统运行时调用所储存的系数，以此方式实时地重构前一步所拟合的回归模型，并用此模型所代表的三维映射关系；进而在BMS系统运行时根据实际测得的温度与实时获得的SOC估算数值，共同确定当前的0CV及其关于SOC的导函数的数值。


根据权利要求1所述的一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，所述等效电路模型参数校准调节系统根据环境温度的变化对等效电路模型中欧姆内阻R
0、极化内阻R
p、和极化电容C
p数值进行实时校准，具体的包括以下步骤：

(1)在不同温度下对锂电池进行混合脉冲功率特性测试，通过温箱对测试温度实施恒定控制，所测试的温度为-30℃到60℃，测试频率为每隔10℃进行一次测试；对于-30℃到60℃所获得的每一组数据进行预处理并进行参数辨识，提取电池等效电路模型的参数R
0，R
p与C
p，所述R
0为欧姆内阻，R
p为极化内阻，C
p为极化电容；

(2)把步骤(1)中不同温度下获得的模型参数R
0，R
p与C
p的数值，分别拟合到三个多项式回归模型中，以此建立对应的模型参数关于温度的映射关系；所述三个多项式回归模型具有相同的数学形式，并可通过下式表达：




公式(4)中，等式的左端项ψ(T)是环境温度的函数，它可代表模型参数R
0，R
p与C
p中的任意一个，等式右端项的系数{a
0，a
1，…，a
n}代表通过拟合得到的回归模型的系数；

(3)把通过步骤(2)所获得的三个回归模型的系数储存在BMS系统的软件中；在BMS系统运行时调用所储存的系数，以此方式实时地重构前一步通过拟合所得到的回归模型，进而通过该回归模型所代表的等效电路模型参数R
0，R
p与C
p与环境温度之间的映射关系，在BMS系统运行时根据实际测得的环境温度，实现等效电路模型参数数值的实时校准。



根据权利要求2所述的一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，所述SOC估算系统根据参数调节系统所提供的开路电压特性以及等效模型参数，执行48V锂离子电池的SOC在线实时估算，所述SOC估算系统包括并行计算的递归式状态估计系统和噪声统计特性与滤波器增益自适应系统。


根据权利要求5所述的一种用于48V轻混汽车锂离子电池的荷电状态在线估算系统，其特征在于，递归式状态估计系统中用于SOC估算的状态空间模型如下所示：
x
k＝A
kx
k-1+B
ku
k+w
k(5)

y
k＝h(x
k，u
k)+v
k(6)

所述公式(5)和公式(6)分别为状态空间模型的系统方程和量测方程，公式(5)和公式(6)中下标字母k代表离散系统中时间点的索引；所述k指代当前采样时间点t
k，k-1指代前一采样时间点t
k-1，并有t
k＝t
k-1+Δt，其中Δt即为BMS系统中的采样时间间隔；变量w
k与v
k分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元，林双，冷枫，单颖会，尹求实，李开元，贺中捷，董书岭，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，全能质可科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东;37