[發明專利]一種基于雙卡爾曼濾波的鋰離子動力電池安全度估算方法及估算裝置

有效

• 申請號: 202010857342.0
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111983471B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 趙鵬舒;王文嵩;于德亮;李然
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/392;G01R31/388
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 楊紅娟

本發明公開了一種基于雙卡爾曼濾波的鋰離子動力電池安全度估算方法及估算裝置，屬于電池安全度估算技術領域。本發明為了解決現有技術無法對動力電池的安全性進行量化表示和評估的問題。本發明構建電池的等效模型；采集電池的負載電流、負載電壓，經所述等效模型得到極化電壓和等效模型的開路電壓，經卡爾曼濾波得到SOC百分比最大值和最優電壓；采集電池溫度，溫度經卡爾曼濾波得到溫度估計值；所述最優電池SOC、最優電壓和溫度估計值經模糊控制生成電池安全度。本發明結合電池的相關因素，對電池的實時安全度進行量化并且準確的估算。

技術領域

本發明涉及安全度估算領域，特別是涉及一種基于雙卡爾曼濾波的鋰離子動力電池安全度估算方法及估算裝置。

背景技術

電動汽車在中國正處于快速發展新階段，電動汽車的發展帶動了動力電池產業的發展。然而，近幾年電池自燃、爆炸等事故頻發，人們越來越關注新能源汽車電池系統的安全性。一旦電池達到了某種臨界條件，例如過電壓，過溫度，低壽命，如不及時采取相應的安全防范措施，電池熱失控勢必導致安全性事故。

電池的安全性事故來自熱失控，而導致熱失控的誘因主要有兩種，一是機械電氣誘因(針刺、碰撞等事故導致)，二是電化學誘因(過充、快充、自發性短路等)，電池單體熱失控之后傳遞給相鄰單體，隨后大面積蔓延，最終導致安全事故的發生。而熱失控的發展也存在一定的階段性，據相關的資料顯示，SEI膜分解的初始溫度大概是100攝氏度-130攝氏度，也把這個溫度視為一連串熱失控溫度的起點，而溫度達到300攝氏度時，電池的溫度將會出現劇烈的提升，如果不采取相應的安全措施，毫無疑問，電池在達到溫度頂峰時，會對使用者造成不可挽回的損失。因此，準確實時的量化出一個鋰離子動力電池的安全度，這對于預防電池事故發生、保障使用者生命安全具有重要作用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于雙卡爾曼濾波的鋰離子動力電池安全度估算方法及估算裝置，根據鋰離子動力電池在使用過程中影響異常故障發生的關鍵因素，采用雙卡爾曼濾波的方法進行狀態估計，從而確定電池的當前安全度。

本發明一方面提供了一種基于雙卡爾曼濾波的鋰離子動力電池安全度估算方法，包括如下步驟：

S1、構建電池的等效模型，所述等效模型包括極化部分、電池內阻、電池內部電動勢和電池輸出電壓；

S2、采集電池的負載電流、負載電壓，經所述等效模型得到極化電壓和等效模型的開路電壓，經卡爾曼濾波得到SOC百分比最大值和最優電壓；

S3、采集電池溫度，溫度經卡爾曼濾波得到溫度估計值；

S4、所述最優電池SOC、最優電壓和溫度估計值經模糊控制生成電池安全度。

進一步的，所述等效電路模型為：

其中，U_p為極化電壓，I為負載電流，E為電池電路模型的開路電壓，U為終端電壓，R₀為鋰電池內阻，R₁和C₁分別為鋰電池使用過程中的極化電阻和極化電容。

進一步的，步驟S2所述經卡爾曼濾波得到最優電池SOC和最優電壓的方法包括如下步驟：

S21、根據開路電壓建立電池SOC關系，進而得到k+1時刻的電池SOC值；

其中，SOC(k₀)為初始SOC，η為鋰電池受到溫度、放電速率影響的修正因數，Q_N為鋰電池的額定容量；

S22、采集的電流I(k)根據下式k+1時刻的電壓預測值：

X(k+1)＝A·X(k)+B·I(k)+w(k)；