[發明專利]基于離散滑模觀測器的鋰電池內部溫度估計方法

有效

• 申請號: 201710098924.3
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106872904B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 孔慧芳;張曉雪;姜凱文;張憧;張國路
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種基于離散滑模觀測器的鋰電池內部溫度估計方法，包括對工況下鋰電池表面溫度和外界環境溫度的采集，其特征在于，主要步驟如下：

步驟1，根據鋰電池內部與外殼之間的熱平衡以及鋰電池外殼與外界環境之間的熱平衡，建立用于鋰電池內部溫度估計的離散狀態空間模型：

x(k+1)＝A_dx(k)+B_du(k)+w(k) (1)

y(k)＝C_dx(k)+v(k) (2)

其中，

x(k)為鋰電池在k時刻的狀態變量，x(k)＝[T_ia(k) T_sa(k)]^T，T_ia(k)為k時刻鋰電池內部溫度T_in(k)與外界環境溫度T_amb(k)之間的相對溫度值，T_ia(k)＝T_in(k)-T_amb(k)，T_sa(k)為k時刻鋰電池表面溫度T_s(k)與外界環境溫度T_amb(k)之間的相對溫度值，T_sa(k)＝T_s(k)-T_amb(k)；

x(k+1)為鋰電池在(k+1)時刻的狀態變量；

u(k)為鋰電池在k時刻的輸入，u(k)＝Q(k)，Q(k)為k時刻鋰電池的生熱速率；

y(k)為鋰電池在k時刻的輸出；

v(k)為鋰電池在k時刻的觀測噪聲；

A_d為離散狀態空間模型的系數矩陣，R_i為鋰電池內部與鋰電池外殼之間的等效熱阻，R_o為鋰電池外殼與外界環境之間的等效熱阻，C_c為鋰電池內部的等效比熱容，C_s為鋰電池外殼的比熱容，C_s為常數，△t為采樣時間；

B_d為離散狀態空間模型的輸入矩陣，C_c為鋰電池內部的等效比熱容，△t為采樣時間；

C_d為離散狀態空間模型的觀測矩陣，C_d＝[0 1]，w(k)為鋰電池在k時刻的過程噪聲；

步驟2，分別通過電壓傳感器和電流傳感器實時采集工況下k時刻鋰電池的工作電壓U(k)和k時刻鋰電池的工作電流I(k)，通過溫度傳感器實時采集工況下k時刻鋰電池表面溫度T_s(k)和外界環境溫度T_amb(k)；

步驟3，根據步驟2中采集到的k時刻鋰電池工作電壓U(k)、工作電流I(k)、表面溫度T_s(k)和外界環境溫度T_amb(k)，在線辨識步驟1中鋰電池離散狀態空間模型中的參數，包括鋰電池內部與鋰電池外殼之間的等效熱阻R_i、鋰電池外殼與外界環境之間的等效熱阻R_o和鋰電池內部的等效比熱容C_c；

步驟4，基于步驟1中建立的鋰電池離散狀態空間模型構建離散滑模觀測器，并結合步驟2中采集到的k時刻鋰電池工作電壓U(k)、工作電流I(k)、表面溫度T_s(k)和外界環境溫度T_amb(k)以及步驟3中所辨識的鋰電池離散狀態空間模型參數R_i、R_o和C_c，實時獲取T_ia(k)的估計值從而實時估計鋰電池內部溫度，鋰電池內部溫度T_in(k)的實時估計值為

步驟4.1，構建離散滑模觀測器的方程式如下：

其中，為x(k)的估計值，為x(k+1)的估計值，為y(k)的估計值，L為離散滑模觀測器的增益矩陣，M為飽和函數增益矩陣，為飽和函數，為邊界層；

步驟4.2，將步驟2中采集到的k時刻鋰電池工作電壓U(k)、工作電流I(k)作為信號輸入，利用步驟4.1中所構建的離散滑模觀測器得到狀態變量T_ia(k)的實時估計值

步驟4.3，根據步驟4.2得到的狀態變量T_ia(k)的實時估計值和步驟3中采集到的k時刻外界環境溫度T_amb(k)，同時結合表達式實時估計鋰電池內部溫度，得到k時刻鋰電池內部溫度T_in(k)的實時估計值