[發(fā)明專利]基于PUHF算法的動力電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010940546.0
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112255546A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉圓圓;付雅瓊;何志偉;劉敬彪;高明煜
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R31/388;G01R31/389;G01R31/392
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于動力電池的主動型混合均衡電路。傳統(tǒng)的卡爾曼濾波算法在進(jìn)行SOC估計(jì)時(shí)具有一定局限性。本發(fā)明方法包括：計(jì)算采樣點(diǎn)通過狀態(tài)方程變換后的加權(quán)值，作為狀態(tài)的估計(jì)值，進(jìn)而通過加權(quán)計(jì)算狀態(tài)估計(jì)的方差；對采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，采用投影法將不滿足要求的采樣點(diǎn)投影到范圍內(nèi)；計(jì)算采樣點(diǎn)通過觀測方程變換后的加權(quán)值，作為觀測的估計(jì)值；計(jì)算卡爾曼增益；根據(jù)狀態(tài)方程進(jìn)行時(shí)間域更新，根據(jù)觀測方程進(jìn)行測量更新，計(jì)算狀態(tài)及其方差的更新，遞推所得到的狀態(tài)更新值即為當(dāng)前時(shí)刻電池的荷電狀態(tài)。本發(fā)明方法可以準(zhǔn)確地進(jìn)行電池SOC估計(jì)，該方法收斂速度快，估計(jì)精度高，而且適用于各種動力電池SOC的快速估計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于PUHF(投影無跡H無窮濾波器，UnscentedH_∞filtering)算法的動力電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

電動汽車以其節(jié)能、環(huán)保、零排放的優(yōu)勢占據(jù)了市場有效地位，成為了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，各國政府都采取相關(guān)政策推廣電動汽車。動力電池是電動汽車的動力來源，鋰電池因其輸出功率大、無記憶效應(yīng)、低自放電和工作溫度范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電動汽車。電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)是動力汽車的核心部分，主要作用是為了智能化管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

荷電狀態(tài)估計(jì)(State Of Charge，SOC)是電池管理系統(tǒng)需要計(jì)算的主要參數(shù)之一。電池管理系統(tǒng)根據(jù)檢測到的SOC值可以采取相應(yīng)的調(diào)控措施智能化的管理和維護(hù)各個(gè)電池單元，保證電池組安全，而且知道電池剩余電量司機(jī)可以更好的安排自己剩下行程。

國內(nèi)外對SOC估計(jì)的方法很多，現(xiàn)有開路電壓法、安時(shí)計(jì)量法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。卡爾曼濾波法抗干擾能力強(qiáng)，更易于在硬件平臺的實(shí)現(xiàn)，實(shí)用性和精確性更高，是現(xiàn)在SOC估計(jì)的主流算法。傳統(tǒng)的卡爾曼濾波算法在進(jìn)行SOC估計(jì)的時(shí)候，往往忽略了SOC值保持在0％-100％范圍內(nèi)這一約束條件，如果只局限于對原始數(shù)據(jù)的處理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，有效利用先驗(yàn)約束條件，那么就可以得到更加精確SOC值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PUHF算法的動力電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，將UHF(無跡H無窮濾波器,Unscented H_∞filtering)和投影法結(jié)合的 PUHF算法用于動力電池荷電狀態(tài)估計(jì)，將條件約束問題考慮到這個(gè)算法中，該算法適用于所有電池。

本發(fā)明方法首先計(jì)算采樣點(diǎn)通過狀態(tài)方程變換后的加權(quán)值，作為狀態(tài)的估計(jì)值，進(jìn)而通過加權(quán)計(jì)算狀態(tài)估計(jì)的方差；對采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，采用投影法將不滿足要求的采樣點(diǎn)投影到范圍內(nèi)；計(jì)算采樣點(diǎn)通過觀測方程變換后的加權(quán)值，作為觀測的估計(jì)值；計(jì)算卡爾曼增益；根據(jù)狀態(tài)方程進(jìn)行時(shí)間域更新，根據(jù)觀測方程進(jìn)行測量更新，計(jì)算狀態(tài)及其方差的更新，遞推所得到的狀態(tài)更新值即為當(dāng)前時(shí)刻電池的荷電狀態(tài)。具體步驟是：

步驟(1).對鋰電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，獲取鋰電池在k時(shí)刻的電池端電壓y_k和電池放電電流i_k，k＝1,2,3,…；

步驟(2).建立電池模型：其中，SOC_k是k時(shí)刻電池剩余電量，SOC₀是電池剩余電量的初始值，η是電池的放電比例系數(shù)；Q_n是電池在室溫25℃條件下、以1/30倍額定電流的放電速率放電時(shí)所能得到的額定總電量；

離散化表達(dá)式為：其中，Δt是測量時(shí)間間隔。

步驟(3).用狀態(tài)方程和觀測方程表示電池的各個(gè)時(shí)刻的荷電狀態(tài)關(guān)系：

狀態(tài)方程：