[發明專利]一種快速實現鉛酸電池SOC估計方法

在審

• 申請號: 202011017823.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112130081A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 汪星一;邵振華;鐘智雄
• 申請（專利權）人: 閩江學院
• 主分類號: G01R31/387
• 分類號: G01R31/387;G01R31/388;G01R31/379;G01R31/367;G01R31/396
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種快速實現鉛酸電池SOC估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

在奇異系統框架下搭建鉛酸蓄電池充放電系統的等效電路模型；

將奇異系統轉化為常規的狀態空間模型表達；

考慮到鉛酸蓄電池系統內部與測量輸出電壓的干擾，為了在有干擾情況下對電荷狀態SOC進行正確的估計，再一次將常規的狀態空間模型改寫為奇異系統的表達；利用有限時間穩定理論和李雅普諾夫函數方法，保證在有限時間內對鉛酸電池的SOC進行正確的估計。

2.根據權利要求1所述的一種快速實現鉛酸電池SOC估計方法，其特征在于，所述鉛酸蓄電池充放電系統包括AC母線、雙向DC/AC模塊、鉛酸蓄電池以及SOC估計器；所述鉛酸蓄電池經所述雙向DC/AC模塊連接至AC母線，所述SOC估計器與鉛酸蓄電池相連，用以估計鉛酸蓄電池的SOC；

所述鉛酸蓄電池充放電系統的等效電路模型包括電阻R1、電阻R2、電阻Rt、電容C1以及電容C2；所述電阻R1與電容C1串聯作為第一支路，電阻R2與電容C2串聯作為第二支路，第一支路與第二支路并聯后與電阻Rt串聯。

3.根據權利要求2所述的一種快速實現鉛酸電池SOC估計方法，其特征在于，所述將奇異系統轉化為常規的狀態空間模型表達具體包括以下步驟：

步驟S21：根據電池等效電路的網格規律，將鉛酸蓄電池等效電路電壓表示為，如公式(1)所示：

式中，I(t)、I₁(t)和I₂(t)分別為經過電阻R_t、R₁和R₂的電流，V_c1(t)和V_c2(t)分別表示電容C₁和C₂的電壓,V_t(t)為電池電路的總電壓；

將上述條件改寫為：

將公式(2)帶入公式(1)得到：

通過電容器的電流正比于其端電壓的導數：

結合公式(3)與(4)，得到鉛酸蓄電池奇異系統模型如下：

定義x(t)＝[V_C1(t) V_C2(t) V_t(t)]^T和u(t)＝I(t),，將系統(5)改寫為狀態空間方程，如下：

式中，y(t)是系統輸出，x(t)是狀態變量，u(t)是控制輸入。

步驟S22：辨識鉛酸蓄電池模型參數；當電池連接到充電時，測量電池的內阻R；假設R₁和R₂是等效的并且代表總電阻的80％，則：

R₁＝R₂,R₁＝0.8R,R_t＝0.6R, (8)

容量C₁的值是根據電池中儲存的能量E_c1來計算的，該能量以V_OC在SOC為0％和100％時的函數表示：

式中，V_oc(SoC)為當前SOC的開路電壓，V_oc(0％SoC)為SOC最小的開路電壓；

E_C1＝3600×t×I(t)×V_{OC(100％SoC)}×SoC (10)；

式中，t為電池充放電的時間，可得：

因此，容量C₂的值是：

其中，τ是電容C₂的充放電系數；

步驟S23：提出一種新的模型變換方法將奇異系統轉化為常規的狀態空間模型表達，在系統受未知輸入的影響，系統表達如下：

式中，未知的輸入干擾，F為輸出的擾動矩陣參數，是x(t)導數，D表示為系統的擾動矩陣參數；

定義：

GE+HC＝I_n3； (14)

J(F-CHF)＝HF； (15)

JCGD-MF＝-GD； (16)

式中，G、H、J、M為參數矩陣，I_n3為三階的單位矩陣；

根據公式(14)中的關系，系統可以改寫為：

得到：

式中，分別是系統輸出和擾動的導數；進一步考慮公式(15)中的關系，得到：

由公式(19)代入公式(17)，得到：

最后，根據公式(16)，將系統(20)表示為：

其中，