[發明專利]一種混合動力船舶磷酸鐵鋰動力電池組荷電狀態估計方法

在審

• 申請號: 201711262700.8
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108020791A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 唐帥帥;高迪駒;丁椿夏
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周榮芳

1.一種混合動力船舶磷酸鐵鋰動力電池組荷電狀態估計方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟1：建立混合動力船舶磷酸鐵鋰動力電池組一階RC等效電路模型；

所述一階RC等效電路模型由極化電阻Rp和極化電容Cp并聯后再與等效內阻R0、開路電壓Uocv串聯組成；

步驟2：選擇極化電壓Up、荷電狀態SOC作為一階RC等效電路模型的狀態變量，負載電流IL、負載電壓UL分別作為一階RC等效電路模型的輸入、輸出，推導出磷酸鐵鋰動力電池組離散形式的狀態方程和觀測方程；

步驟3：將開路電壓Uocv、等效內阻R0、極化電阻Rp、極化電容Cp與荷電狀態SOC的關系分別進行分段線性擬合，用于引入受SOC和電池老化影響的參數；并在額定容量QN和等效內阻R0中引入受電池老化影響的衰減量Qloss；

步驟4：通過自適應卡爾曼濾波算法估計混合動力船舶磷酸鐵鋰動力電池組的荷電狀態SOC。

2.如權利要求1所述的混合動力船舶磷酸鐵鋰動力電池組荷電狀態估計方法，其特征在于，步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1：由磷酸鐵鋰動力電池組一階RC等效電路原理及基爾霍夫定律可得：

U · p = - U p C p R p + 1 C p I L - - - ( 1 ) , ]]>

UL＝Uocv-Up-ILR0 (2)，

其中，Up為極化電壓；UL為負載電壓；IL為負載電流；

步驟2.2：根據安時積分法，磷酸鐵鋰動力電池組的荷電狀態SOC的理論計算式為：

SOC t = SOC 0 - 1 Q N ∫ 0 t ηI L , τ d τ - - - ( 3 ) , ]]>

其中，SOCt為磷酸鐵鋰動力電池組在時刻t時的荷電狀態；SOC0為磷酸鐵鋰動力電池組荷電狀態初始值；η為庫倫效率；IL,τ為負載瞬時電流；QN為磷酸鐵鋰動力電池組額定容量；

式(3)的離散方程為：

S O C ( k + 1 ) = S O C ( k ) - ηI L ( k ) Δ t Q N - - - ( 4 ) , ]]>

其中，Δt為采樣周期；SOC(k+1)和SOC(k)分別為k+1和k時刻的荷電狀態；IL(k)為k時刻的負載電流；

步驟2.3：聯立式(1)和式(4)可得磷酸鐵鋰動力電池組離散形式的狀態方程為：

S O C ( k + 1 ) U p ( k + 1 ) = 1 0 0 e - Δ t τ 1 ( k ) S O C ( k ) U p ( k ) + - η Δ t Q N R p ( k ) ( 1 - e - Δ t τ 1 ( k ) ) I L ( k ) + ω ( k ) - - - ( 5 ) , ]]>

其中，τ1(k)為k時刻一階RC等效電路模型的時間常數，滿足τ1(k)＝Rp(k)Cp(k)；Up(k+1)和Up(k)分別為k+1和k時刻的極化電壓；ω(k)為不相關的高斯白噪聲，服從正態分布，滿足：ω(k)～(0,Wk)，其中Wk為對稱正定矩陣；

式(2)對應的離散方程為磷酸鐵鋰動力電池組離散形式的觀測方程為：

U L ( k ) = U o c v [ S O C ( k ) ] - U p ( k ) - R 0 ( k ) I L ( k ) + υ ( k ) - - - ( 6 ) , ]]>

其中，UL(k)為k時刻的負載電壓；Uocv[SOC(k)]為Uocv與SOC(k)之間的非線性關系；υ(k)為不相關的高斯白噪聲，服從正態分布，滿足：υ(k)～(0,Vk)，其中Vk為對稱正定矩陣。