[發明專利]一種基于滑動窗濾波的單體鋰離子電池SOC估計方法

有效

• 申請號: 201410101659.6
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103901351A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 汪秋婷;陸赟豪;董輝;萬鵬飛;戚偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種基于滑動窗濾波的單體鋰離子電池SOC估計方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：?

步驟1，電池等效電路端電壓V_B在線辨識；?

步驟1-1，利用電池參數測試儀在線測量電池工作電流I_B，單體鋰離子電池最大電壓v_max,i、最小電壓v_min,i和最大電流i_max,i、最小電流i_min,i，電池極化內阻R_f、R_s，電池電動勢內阻R_sd，電池滿充狀態下的電容值C_b；利用式(1)計算電池等效模型歐姆內阻R₀：?

步驟1-2，建立電池端電壓V_B與電池模型參數之間的拉普拉斯方程關系式；利用Spagnol提出的模型在線辨識方法和電池模型參數時間域關系式()和()，建立如下計算方程：?

V_B＝V_OC(SOC)-R₀I_B-G_m(s)I_B

其中，非線性函數G_m(s)的表達式為：?

步驟1-3，定義電池模型的狀態變量為ξ＝[V_SOC?V_f?V_S?V_B]，同時定義電池電流I_B和端電壓V_B為濾波系統的輸入輸出變量，V_SOC為電池開路電壓值；建立基于SMO算法的濾波系統的狀態方程和輸出方程：?

V_B＝Cξ????????(10)?

其中，系數矩陣如下：?

B＝[b₁?b₂?b₃?b₄]^T?????C＝D^T＝[0?0?0?1]^T

其中，Φ表示為Φ(V_SOC,I_B)，為電池開路電壓V_OC(SOC)函數關系式中的非線性部分表達式；?

根據電池工作電流I_B的約束條件，計算得到Φ表達式：?

|Φ(V_SOC,I_B)|≤θ(I_B)?

步驟1-4，利用狀態向量ξ的可觀測量ξ₀和不可觀測量ξ_u，以及已知的Φ(V_SOC,I_B)表達式，利用式()計算端電壓V_B：?

式中，

B₀＝[b₁?b₂?b₄]^T,

步驟2，鋰離子單體電池SOC值的估計；?

步驟2-1，基于SMO的單體電池開路電壓V_SOC計算；利用式(16)的動態SMO濾波器方程計算端電壓V_B的動態值和開路電壓V_SOC的非線性部分值；?

式中，非可觀測子系統矩陣A_u為穩態矩陣，濾波器增益表達式為M＝[M_u?0]^T，M₀可由濾波器采樣點計算，對稱矩陣值P₀＞0且滿足下式：?

P₀(A₀-M₀C₀)+(A₀-M₀C₀)^TP₀＝-Q₀??????(17)?

步驟2-2，計算誤差參數引入傳統的Lyapunov轉化方程V(e)＝e^τPe，矩陣P取值為對稱矩陣diag(P₀,1)，并假設結合誤差參數計算方程式(20)，得到

式中，參數γ(t)對于每個時間采樣點t均是正數，且滿足下面表達式：?

步驟2-3，根據步驟2-1和步驟2-2，當滿足不等式(22)表明電池SOC估計值收斂于真實值，可以計算出V_SOC的非線性部分值；?

式中，參數δ(t)漸近趨向于0，若μ取值為μ＞θ(I_B)＞|Φ(V_SOC,I_B)|，則動態誤差絕對值

步驟3，單體電池SOC值計算；?

根據放電實驗法，得到電池SOC與開路電壓V_OC(SOC)的關系函數為：?

V_OC(SOC)＝36.1425-198.472SOC+263.2273SOC²??????????(23)?

利用步驟2估計得到的V_OC(SOC)值，結合公式(23)，計算得到實時SOC值。?