[發(fā)明專利]基于修正的RC電池模型的荷電狀態(tài)估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510695725.1
• 申請(qǐng)日: 2015-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN105203969A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志農(nóng);周武生;覃章鋒;盧祥軍;肖堯先
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/36
• 分類號(hào): G01R31/36
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

1.基于修正的RC電池模型的荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，具體過(guò)程為：

1)建立RC修正模型：

用二極管將電池在充放電不同工況下的電阻分開，根據(jù)電池RC修正模型，建立以下電路的數(shù)學(xué)方程表達(dá)式：

充電時(shí)：

U_o(t)＝U_voc(SOC,T)-U_p(t)-i(t)*R_c(T,SOC,I)；

放電時(shí)：

U_o(t)＝U_voc(SOC,T)-U_p(t)-i(t)*R_d(T,SOC,I)；

i(t)=Up(t)Rp+Cp*d(Up(t))dt;]]>

方程的通解為：

UP(t)=e-t/(Rp+Cp)*[∫i(t)et/(Rp+Cp)dt+C];]]>

其中，R_p為電池的極化內(nèi)阻，C_p為電池的極化電容，I為充放電電流，U_o為輸出電壓，U_voc(SOC,T)為電壓源，SOC為剩余電量，T為電池溫度，i(t)為電流；

可以利用對(duì)電池進(jìn)行間隔性的充放電來(lái)分析電池的極化阻容電壓的變化規(guī)律和確定C的數(shù)值；

2)辨識(shí)模型參數(shù)：

在RC修正模型中，分別辨識(shí)是充放電內(nèi)阻、開路電壓、極化電壓和極化內(nèi)阻的電池模型參數(shù)；從電池充放電靜置后的電壓響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合得到電池的開路電壓；利用電流加載和卸載的瞬間電壓變化來(lái)測(cè)試歐姆內(nèi)阻；在磷酸鐵鋰RC修正模型中，設(shè)定模型的極化初始電壓為U_p(0)，恒定電流為I，時(shí)間常數(shù)為τ＝C_p*R_p；電池在放電加載時(shí)的極化電壓U_p(t)和開路電壓U_o(t)分別為：

U_p(t)＝U_p(0)*e^-t/τ+I*R_p*(1-e^-t/τ)；(1)

U_o(t)＝U_ovc(SOC,T)-[U_p(0)*e^-t/τ+I*R_p*(1-e^-t/τ)]-I*R_d(T,SOC,I)；(2)

電池在放電卸載時(shí)，得到的極化電壓U_p(t)和開路電壓U_o(t)分別為：

U_p(t)＝U_p(0)*e^-t/τ；(3)

U_o(t)＝U_voc(SOC,T)-[U_p(0)*e^-t/τ]；(4)

開路電壓U_ocv(SOC,T)由擬合插值得到；當(dāng)t＝0時(shí)，利用式(1)～(4)，并結(jié)合最小二乘法，求出U_p(0)和時(shí)間常數(shù)τ，再將時(shí)間常數(shù)和U_p(0)代入式(1)～(4)，結(jié)合τ＝C_p*R_p和最小二乘法，求出極化電阻R_p和極化電容C_p；

3)利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，得到電池RC修正模型的連續(xù)狀態(tài)空間方程：

方程的狀態(tài)變量為電池SOC和極化電容上的電壓，狀態(tài)空間方程的觀測(cè)方程為電池等效電路的回路方程；電池的額定容量由C_N表示，電池的充電效率由η表示；

電池的連續(xù)狀態(tài)空間方程表達(dá)式如下：

SOCUp=000-1/CpRpSOCUp+-η/CN1/Cp[i]Uo=[0-1]SOCUp+[-Rd][i]+[Uovc];]]>

經(jīng)線性化和離散化處理得到電池的離散狀態(tài)空間方程，數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間用T_s表示；

電池的離散狀態(tài)空間方程如下：

SOCk+1Up,k+1=0001-Ts/CpRpSOCkUp,k+-ηTs/CNTs/Cp[ik]Uo,k=[0-1]SOCkUp,k+[-Rd][ik]+[Uovc,k];]]>

對(duì)比擴(kuò)展卡爾曼濾波算法中的系數(shù)，得到：

系統(tǒng)狀態(tài)向量：Xk=SOCkUp,k,]]>u_k＝[i_k]；

系統(tǒng)矩陣：Ak=1001-Ts/CpRp;]]>

觀測(cè)矩陣：

Ck=∂Uo∂X=[∂Uo∂SOC∂Uo∂Up]=[∂Uovc∂SOC-ik*∂Rd∂SOC∂Uo∂Up];]]>

根據(jù)辨識(shí)方法獲得的各點(diǎn)SOC的電池模型參數(shù)值，進(jìn)行多次曲線擬合，然后用插值法獲得整個(gè)階段的SOC的參數(shù)值。