[發明專利]一種基于自適應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: 202010857345.4
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111983472B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 于德亮;王文嵩;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

一種基于自適應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鋰電池內部電動勢，經自適應卡爾曼濾波得到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；本發明實現了電池安全程度量化實時的表示。

技術領域

本發明涉及電池安全度估算領域，特別是涉及一種基于自適應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

隨著全球市場電動汽車商品化步伐的日益加快，對高功率和高能量動力電池需求迅速增加，而電池的安全性也越來越受到人們的關注。尤其是近幾年，鋰電池自燃、爆炸等事故的新聞時有發生，鋰電池的安全性愈發受到重視。目前，我國鋰電池在技術研發層面尚處于初始階段，在安全性方面依舊存在諸多問題。

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。但如何做到實時準確的安全估算，一直是鋰離子動力電池組設計過程中存在的一個瓶頸性難題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于自適應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，綜合電池各方面因素，得到實時量化的電池安全度信息。

本發明一方面提供了一種基于自適應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鋰電池內部電動勢，經自適應卡爾曼濾波得到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，Up為極化電壓，I_L為負載電流，U_ocv為電池電路模型的開路電壓，U_L為終端電壓。

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、根據鋰電池內部電動勢建立電池SOC關系，進而得到k+1時刻的電池SOC值；

U_ocv(k)＝aSOC(k)+b；

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、將鋰離子電池的電流作為控制信號輸入卡爾曼濾波的系統狀態方程中，得到k時刻的工作電壓估計值，所述狀態方程為：

其中，D為過程噪聲矩陣，q為過程噪聲均值；