[發明專利]一種鋰電池的SOC在線估測方法

有效

• 申請號: 201910236124.2
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109946623B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 劉衛平;郭昊天;劉佳;郭玉峰;關哲;孟金
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R31/388
• 分類號: G01R31/388
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種鋰電池的SOC在線估測方法，其特征在于，步驟如下：

S1、建立電池的SOC方程；S2、建立電池的二階等效電路模型，并建立電池系統的離散狀態空間模型；S3、確定電池開路電壓OCV與電池荷電狀態SOC之間的函數關系，用以獲得電池荷電狀態初值；S4、利用擴展卡爾曼濾波算法進行電池SOC估測；

所述步驟S1中建立電池的SOC方程具體包括：S11、考慮溫度影響程度對電池實際可用容量進行校正獲得實際可用容量受溫度影響的校正系數；S12、考慮放電電流影響程度對電池實際可用容量進行校正獲得實際可用容量受放電倍率影響的校正系數；S13、考慮老化影響程度對電池實際可用容量進行校正獲得實際可用容量受老化影響的校正系數；

所述步驟S2中，建立電池的等效電路模型具體包括：選取二階RC等效電路模型并進行分析處理，得到電池模型參數間的函數關系：

式中，V(t)表示輸出電壓，i(t)表示輸出電流，U_OC(SOC,t)表示開路電壓OVC與電池荷電狀態SOC間的函數關系，R₀表示歐姆內阻，R₁表示電化學極化內阻，R₂表示濃差極化內阻，τ₁和τ₂分別表示兩個RC單元的時間常數；

所述步驟S3中，通過OCV-SOC關系獲取初值包括：對鋰電池進行恒流放電實驗，記錄電池的開路電壓與荷電狀態之間的對應數據；將數據導入MTALAB進行數據擬合建立電池開路電壓與荷電狀態的函數關系；再通過該函數關系獲取SOC初值SOC₀，同時對初值進行定期校正，以確保擴展卡爾曼濾波算法的收斂速度，使估測值更快接近真實值；

所述校正SOC初值，其校準方法為：在每次電池電壓將達到充電截止電壓，接近充滿電狀態時，根據測得的電池開路電壓OCV與荷電狀態SOC之間的關系曲線校準SOC初值；

所述步驟S4中利用擴展卡爾曼濾波算法進行SOC估測，生成估測值的過程包括：

S41、設定狀態向量X和誤差協方差矩陣P的初值

X₀＝[SOC₀ 0 0]，

S42、基于k-1時刻的最優狀態量對k時刻的值進行預測

其中A和B表示擴展卡爾曼濾波算法中狀態方程的系統參數；

S43、更新預測量的誤差協方差矩陣P

S44、計算卡爾曼增益系數

其中C為觀測方程的系統參數；

S45、結合預測值和當前觀測值進行當前時刻狀態量的最優估計

其中Z_k表示k時刻觀測量，U_k為系統的輸入向量，也是k時刻系統的控制量；

S46、更新校正后的誤差協方差矩陣

S47、重復S42到S46的過程進行循環迭代，實現對狀態量的估測，

其中，表示驗后估計，表示驗前估計，Kg為卡爾曼濾波增益，Q為系統噪聲的協方差，R為觀測噪聲的協方差，I為單位矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種鋰電池的SOC在線估測方法，其特征在于，所述步驟S11中，考慮溫度影響程度對電池實際可用容量進行校正，電池實際可用容量與溫度成正相關，隨著溫度的升高，電池內部活性物質利用率提高，實際可用容量增大，用K_T表示溫度影響系數，等于T溫度下電池放電總量C_T與標稱容量C_N比值：

3.根據權利要求1所述的一種鋰電池的SOC在線估測方法，其特征在于，所述步驟S12中，考慮放電電流影響程度對電池實際可用容量進行校正時，根據電池實際可用容量與放電倍率之間的關系，放電電流越大，電池實際可放出的電量越小，反之電池實際可用容量增加，設電流比例系數為K_i，表示放電倍率對電池SOC的影響程度，K_i等于放電電流為i時電池的實際可用容量C_i與電池標稱容量C_N的比值：