一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法，属于动力电池制造技术领域。所述方法通过采用一种滤波方法对时滞系统进行状态估计，与传统进行状态扩维的方法相比，不需要增加系统维度从而计算量更小，同时也在之前的CSCF算法的基础上，在基于原始输出数据更新迭代的基础上，进一步利用预测步结果，得到二次更新后更紧致的凸空间体包裹，进一步加强预测步与更新步的紧密结合，改善了因原始输出数据得到的更新集保守性更大的缺点，减小了算法保守性，进一步提高了状态估计精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法，属于动力电池制造


技术介绍

[0002]近年来，电池在储能电站、储能电源、电动工具、电动自行车、混合动力电动汽车及纯电动汽车等领域具有越来越广泛的应用，已经成为应对全球能源危机和环保压力的重要途径之一。
[0003]电池生产工序复杂，其中化成是电池生产的关键的工序之一，它对电池性能的影响至关重要。电池的化成也是注液陈化后的电池第一次充电的过程，是电芯的活性物质激活的过程，其本质是形成SEI膜的过程(即首次充电时，Li+第一次从正极活性材料中脱嵌，第一次到达负极石墨一侧，将在负极与电解液的相界面上形成覆盖在负极表面的钝化薄层，即SEI膜)。
[0004]但是SEI膜的形成过程非常复杂，影响因素较多，其中，化成工艺直接影响SEI膜的成膜质量，决定了电芯的电性能。又因为在化成工艺中不可避免的含有时滞现象，而现有的针对时滞系统研究的方法又比较少，为了更精准的获取使性能最佳的充放电电流等状态真值，需要针对含有时滞的系统进行状态估计，同时也可以提高企业的生产效率，提升产品品质，探究一种精准且高效的针对时滞系统状态估计的方法。
[0005]已有的针对时滞系统进行状态估计的方法，通常是先进行状态扩维将系统转化为不含时滞的增广系统，再以不含时滞的增广系统为基础进行状态估计，但该方法计算复杂度较大，且估计结果保守性较大。专利技术人针对传统方法的缺陷，之前提出了一种基于凸空间滤波的动力电池化成过程状态估计方法(申请号为202110878186.0)，针对计算复杂度较大的问题，在求解不等式时创新性的提出了一种迭代替换法将k时刻的状态量转化至第k
‑
h时刻以及后续项状态量，从而将时滞项进行了合并，避免了后续将状态矩阵A和时滞状态量的状态矩阵A
h
合并为新的状态矩阵时维度会增加的问题，减少了后续计算时的计算复杂度和计算时间，但是该方法得到的估计结果的保守性还存在更进一步的缩小空间，估计精度也有待于进一步的提高。

技术实现思路

[0006]为了进一步提高动力电池化成工艺内含时滞的DC/DC变换器状态估计的准确性和效率，从而提高动力电池的出厂品质和使用寿命，本专利技术提供了一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法，所述方法在进行电池化成充放状态估计时，分别获得k+1时刻预测步和更新步，进而将k+1时刻预测步和更新步组成线性不等式组，通过对线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界；
[0007]所述方法在获得k+1时刻更新步时，先根据电池系统初始状态量以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示，再根据k+1时刻状态一次量测更新表示和k+1时刻
预测步获得k+1时刻状态二次量测更新表示，将k+1时刻状态二次量测更新表示整理为线性不等式组，通过对k+1时刻状态二次量测更新表示对应的线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界；所述电池系统指电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统。
[0008]可选的，所述方法包括：
[0009]步骤一：获取电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统的模型；
[0010]步骤二：根据步骤一获取到含时滞DC/DC变换器电路系统的模型，建立时滞DC/DC变换器电路系统离散化的状态空间模型；
[0011]步骤三：获取时滞DC/DC变换器电路系统的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量、估计步长L、时滞步长h；
[0012]步骤四：根据步骤二建立的状态空间模型，由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵、初始状态量以及时滞步长h得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示；
[0013]步骤五：在步骤四得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示基础上，得到k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示；
[0014]步骤六：根据凸空间体约束条件，将k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示整理成线性不等式组；
[0015]步骤七：采用线性规划对步骤六得到的线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界。
[0016]可选的，所述步骤五包括：
[0017]5.1根据电池系统原始输出数据以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示，得到k+1时刻状态一次量测更新表示S
k+1
；
[0018]5.2将k+1时刻状态一次量测更新表示S
k+1
与步骤四得到的k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示取交集，得到k+1时刻状态二次量测更新表示X(k+1)。
[0019]可选的，所述时滞DC/DC变换器电路系统包括直流电源、电感、电容及开关管Q1和Q2；所述步骤二包括：
[0020]根据时滞DC/DC变换器电路系统离散化的模型得到如下状态表达式：
[0021][0022]其中，系统状态量为x(k)＝[i
cha
(k) i
dis
(k) v
c
(k)]T
，其中i
cha
(k)和i
dis
(k)分别为时滞DC/DC变换器电路系统充电与放电时的流经电感的电流，v
c
(k)为时滞DC/DC变换器电路系统的输出电压；
[0023]系统输入量u(k)＝[d1(k) d2(k) 0]T
，其中d1(k)和d2(k)分别为开关管Q1和Q2开关信号的占空比；w(k)表示未知但有界的扰动噪声，其中表示扰动噪声的最大界限值；
[0024]A表示时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间矩阵，A
h
表示时滞状态量的状态空间矩阵，h表示时滞步长，B表示输入矩阵，D表示扰动作用矩阵；
[0025]以充电时电感电流测量值和放电时电感电流测量值以及系统的输出电压测量值作为状态空间模型的输出，同时加入测量噪声v(k)得到其输出方程：
[0026]y(k)＝Cx(k)+v(k)
ꢀꢀ
(3)
[0027]系统输出量为其中和分别为充电与放电模式时电感电流测量值，为系统的输出电压测量值；
[0028]根据式(1)和式(3)建立时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间模型为：
[0029][0030]y(k)＝Cx(k)+v(k)
ꢀꢀ
(4)
[0031][0032]v(k)表示未知但有界的测量噪声，其中表示测量噪声的最大界限值；C表示输出矩阵。
[0033]可选的，所述步骤四包括：
[0034]根据步骤二建立的状态空间模型，由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示；
[0035][0036]其中是k时刻的状态预测可行集，k≥h,
[0037]由式(1)中k≥h时刻公式推导得到k+1、k至k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法，所述方法在进行电池化成充放状态估计时，分别获得k+1时刻预测步和更新步，进而将k+1时刻预测步和更新步组成线性不等式组，通过对线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界；其特征在于，所述方法在获得k+1时刻更新步时，先根据电池系统初始状态量以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示，再根据k+1时刻状态一次量测更新表示和k+1时刻预测步获得k+1时刻状态二次量测更新表示，将k+1时刻状态二次量测更新表示整理为线性不等式组，通过对k+1时刻状态二次量测更新表示对应的线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界；所述电池系统指电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：获取电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统的模型；步骤二：根据步骤一获取到含时滞DC/DC变换器电路系统的模型，建立时滞DC/DC变换器电路系统离散化的状态空间模型；步骤三：获取时滞DC/DC变换器电路系统的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量、估计步长L、时滞步长h；步骤四：根据步骤二建立的状态空间模型，由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵、初始状态量以及时滞步长h得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示；步骤五：在步骤四得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示基础上，得到k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示；步骤六：根据凸空间体约束条件，将k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示整理成线性不等式组；步骤七：采用线性规划对步骤六得到的线性不等式组求解，得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤五包括：5.1根据电池系统原始输出数据以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示，得到k+1时刻状态一次量测更新表示S
k+1
；5.2将k+1时刻状态一次量测更新表示S
k+1
与步骤四得到的k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示取交集，得到k+1时刻状态二次量测更新表示X(k+1)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时滞DC/DC变换器电路系统包括直流电源、电感、电容及开关管Q1和Q2；所述步骤二包括：根据时滞DC/DC变换器电路系统离散化的模型得到如下状态表达式：其中，系统状态量为x(k)＝[i
cha
(k) i
dis
(k) v
c
(k)]
T
，其中i
cha
(k)和i
dis
(k)分别为时滞DC/DC变换器电路系统充电与放电时的流经电感的电流，v
c
(k)为时滞DC/DC变换器电路系统的输出电压；系统输入量u(k)＝[d1(k) d2(k) 0]
T
，其中d1(k)和d2(k)分别为开关管Q1和Q2开关信号的占空比；w(k)表示未知但有界的扰动噪声，其中表示扰动噪声的最大界限值；
A表示时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间矩阵，A
h
表示时滞状态量的状态空间矩阵，h表示时滞步长，B表示输入矩阵，D表示扰动作用矩阵；以充电时电感电流测量值和放电时电感电流测量值以及系统的输出电压测量值作为状态空间模型的输出，同时加入测量噪声v(k)得到其输出方程：y(k)＝Cx(k)+v(k)
ꢀꢀ
(3)系统输出量为其中和分别为充电与放电模式时电感电流测量值，为系统的输出电压测量值；根据式(1)和式(3)建立时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间模型为：v(k)表示未知但有界的测量噪声，其中表示测量噪声的最大界限值；C表示输出矩阵。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤四包括：根据步骤二建立的状态空间模型，由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量得到k+...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子赟，李南江，王艳，纪志成，宋文龙，高伟伟，
申请(专利权)人：天能电池集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：