[發明專利]基于比例積分H∞觀測器的鋰離子電池剩余電量估計方法

在審

• 申請號: 201810629305.7
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108828449A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 祝喬;鄭夢倩;徐蒙恩
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R31/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

1.一種基于比例積分H∞觀測器的鋰離子電池剩余電量估計方法，其特征在于，包括一下步驟：

S1：建立二階RC模型的狀態空間方程；

S11：建立被控對象的等效電路模型：將電阻R₀、R₁、R₂依次串聯在電池包U_OC的輸出端，并將電容C₁與電阻R₁并聯，電容C₂與電阻R₂并聯；

S12：根據上述等效模型建立系統的微分方程組；

狀態方程：

輸出方程：

U_T＝U_OC(SOC)-R₀I_T-U₁-U₂ (2)

其中，U₁和U₂分別表示電容C₁和C₂兩端電壓，I_T為流經電阻R₀的電流，SOC表示剩余電量，U_OC(SOC)表示開路電壓關于剩余電量SOC的函數，U_T表示端電壓，Q_n表示額定容量；

S13：由式(1)和式(2)轉化為狀態空間方程：

其中：x＝[U₁,U₂,SOC]^T，y＝U_T，u＝I_T，h(x)＝U_OC(SOC)，x₀是初始狀態，以及

其中，τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂為兩個RC環的時間常數；

S13：加入干擾項，得到：

其中，ω_x和ω_y分別為系統的狀態干擾項和輸出干擾項；

S2：辨識出模型參數R₀、R₁、R₂、C₁、C₂以及開路電壓關于剩余電量的非線性函數U_OC(SOC)；

S3：計算開路電壓關于剩余電量的非線性函數導數的上下界：由于U_OC(SOC)為單調函數，則其導數：

S4：設計比例積分觀測器；

S41：計算非線性函數h(x)的差分：

S42：根據微分中值定理，有

其中，ζ_SOC分別為在x＝ζ時的U₁,U₂,SOC；

S43：計算非線性函數h(x)關于狀態量的導數：

S44：利用單邊利普希茨條件，即存在矩陣M使得：

其中，

S45：設計比例積分觀測器如下：

其中，K_p是PI觀測器比例增益，K_i是PI觀測器積分增益，z為輸出誤差的積分；

狀態估計誤差如下：

其中，表示狀態估計誤差，F＝[0,1,0]，表示狀態干擾和輸出干擾的合成干擾；

S5：采用H∞方法來減小剩余電量估計誤差；對于給定的標量γ，假設存在矩陣P＝P^T>0，Q＝Q^T>0，N＝PK_i和向量S滿足如下線性矩陣不等式組：

其中：Π₁₁＝PA+A^TP+T₁SC+C^TS^TT₁^T+I-2M，K_p＝P^-1；

N＝PK_i,α表示衰減系數；I₀表示3x3的單位矩陣；

則H∞性能如下：

J(t)表示H∞性能的指標；

S6：采集電流電壓數據，采用上述觀測器進行剩余電量估計。

2.根據權利要求1所述的基于比例積分H∞觀測器的鋰離子電池剩余電量估計方法，所述S2中辨識出模型參數以及開路電壓關于剩余電量的非線性函數的方法為：

S21：在電池斷電靜置過程中，得到電池電壓測量數據關于靜置時間的電池放電松弛電壓響應曲線，并利用如下含待定參數的函數進行擬合：

由此得到上述的兩個RC環時間常數：τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂，初始電壓U₁(0)，U₂(0)；

t表示當前時刻；

S22：由一階電路的相應得到：

S23：由τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂，以及式(6)得：

S24：由放電電壓降得到R₀的內阻：

其中，ΔU為放電電壓降；

S25：在實驗室工況下，在剩余電量SOC∈[0,1]范圍內，找n個SOC采樣點，對于每個采樣點靜置等時長，得到對應SOC下的開路電壓，采用最小二乘擬合方法得到剩余電量關于開路電壓的U_OC(SOC)函數。