[發明專利]一種電池在線建模與荷電狀態的聯合估計方法及系統

有效

• 申請號: 201510093761.0
• 申請日: 2015-03-02
• 公開（公告）號: CN105093114B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 張志;姜久春;時瑋;王占國;張彩萍;龔敏明;孫丙香
• 申請（專利權）人: 江蘇卓岸電源科技有限公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G06F17/50
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種電池在線建模與荷電狀態的聯合估計方法及系統，屬于鋰離子電池管理技術領域。

背景技術

為解決能源安全和環境污染問題，近年來，電動汽車在各國政府和汽車制造商的推動下取得了快速的發展。作為電動汽車的主要能量載體和動力來源，電池及其管理系統是電動汽車最核心的技術之一。其中，鋰離子電池以其高能量比、低自放電率、無記憶效應、高工作電壓平臺、長使用壽命和制造成本低等優點得到廣泛應用。而與之配套的，鋰離子動力電池管理系統(BMS)也得到廣泛重視和研究應用。

BMS的核心功能是通過精確地跟蹤電池的動態行為，對電池工作運行狀態進行有效地管理和控制，這就要求必須建立精確描述電池動態行為的數學模型。出于對電動汽車經濟、安全和合理使用動力電池的角度出發，利用電池模型參數對動力電池的荷電狀態(SOC)進行估計顯得更為關鍵。近年來，伴隨著電池發展的電池模型辨識方法層出不窮。

在電動汽車的商業應用過程中，電池價格過高是阻礙其快速推廣的主要原因，人們通過尋找更好的電池成組方式，充分利用電池電量，降低電池成本。電池的成組方式主要與電池的一致性有關，這主要依賴于電池參數的辨識效率和SOC估計精度的提高，這樣有助于電池的合理利用并延長電池的實用壽命。因此，有必要尋找一種精確、快速、在線得到電池參數及SOC的方法。本發明提供了一種鋰離子動力電池建模及SOC聯合估計方法，正是滿足上述要求的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種電池在線建模與荷電狀態的聯合估計方法及系統，用于同時獲取電池參數和SOC，并實現電池參數的精確、快速、在線辨識以及SOC的準確估計。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電池在線建模與荷電狀態的聯合估計方法，具體包括以下步驟：

步驟1：采集當前時間窗口內的電池端電壓值數據和電池端電流值數據；

步驟2：根據不同的電壓值數據進行值域劃分，得到多個分段區間，對每一個分段區間建立自回歸移動平均模型，將自回歸移動平均模型轉換為電池模型，并辨識電池模型參數；

步驟3：構造狀態觀測器，對作為狀態變量的荷電狀態SOC進行估計，得到荷電狀態SOC的估計值；

步驟4：判斷是否存在未采集數據的時間窗口，如果是，滑動獲取下一個時間窗口，將得到的時間窗口作為當前時間窗口，執行步驟1；否則，執行步驟5；

步驟5：完成鋰離子電池的電池模型的在線建模和荷電狀態估計。

本發明中所使用的時間窗口是固定時間窗口，以1秒鐘采集1次數據為例，500個數據采集點作為該時間窗口的寬度，但在保證所建模型有效性的情況下不局限于此。

本發明的有益效果是：本發明用于同時獲取電池參數和SOC，并實現電池參數的精確、快速、在線辨識以及SOC的準確估計；可在線對任意時刻鋰離子電池的模型參數和荷電狀態都具有較高的精度，且易于實現。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1：根據不同的電壓值數據進行值域劃分，得到多個分段區間，對每一個分段區間利用在線測量得到的電池端電壓值數據和電池端電流值數據建立自回歸移動平均模型；

步驟2.2：將自回歸移動平均模型轉化為對應的狀態空間描述的電池模型，并辨識電池模型參數。

進一步，所述步驟3具體包括以下步驟：

步驟3.1：利用閾值模型將電池模型中所包含的開路電壓OCV與荷電狀態SOC的非線性關系進行分段線性化，并可映射為電池端電壓與荷電狀態SOC的分段線性化關系；

步驟3.2：根據電池模型中的線性關系構造狀態觀測器，對作為狀態變量的荷電狀態SOC進行估計，得到荷電狀態SOC的估計值。

進一步，所述利用閾值模型將電池模型中所包含的開路電壓OCV與荷電狀態SOC的非線性關系進行分段線性化的關鍵是，根據開路電壓OCV和鋰離子電池荷電狀態SOC的線性化模型參數，確定電池模型參數。

進一步，所述下一個時間窗口的確定可以根據非線性強弱程度，對時間窗口的長短進行縮放。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電池在線建模與荷電狀態的聯合估計系統，包括采集模塊、電池模型模塊、狀態變量估計模塊和判斷模塊；

所述采集模塊用于采集當前時間窗口內的電池端電壓值數據和電池端電流值數據；