[發明專利]一種雙卡爾曼濾波耦合氣液動力學模型估算SOC的方法及系統

有效

• 申請號: 202011168480.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112505546B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 陳彪;江浩斌;陳熙嘉;華蕾;孫化陽
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/388
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種雙卡爾曼濾波耦合氣液動力學模型估算SOC的方法及系統，首先利用離線模型快速消除初始誤差的能力，然后利用雙卡爾曼濾波算法快速尋優能力實現辨識在線模型參數并修正估算結果，最后利用電流積分法計算量小和增量SOC估算精度高特點，實現對電池整個放電過程中SOC高精度估算。本發明在估算SOC之前無需測試大量實驗數據，可以大大節約測試成本。本發明在多種工況下快速消除初始誤差之后SOC估算精度達到1.5％以內，正在實現高精度估算電池SOC值。本發明通過提高電池SOC估算精度的方法提升電池管理系統對電池的管理能力，實現降低電動汽車百公里電耗、延長電池使用壽命、降低電動汽車綜合使用成本、提高電動汽車使用安全性的目標。

技術領域

本發明屬于電池管理系統領域，具體為一種雙卡爾曼濾波耦合氣液動力學模型估算SOC的方法及系統。

背景技術

自1886年第一輛汽車誕生以來，在一百多年時間里全球汽車保有量超過10億輛，汽車已經成為人們出行和運輸貨物不可或缺的交通工具。一方面，傳統汽車的動力源主要來源于石油，但石油屬于不可再生能源，其總量正在日益減少，最終人類一定會面臨石油緊缺甚至枯竭的問題。另一方面，汽車排放的尾氣是空氣污染物的重要來源之一。因此，近年來人類將目光轉移到開發可再生能源和綠色能源技術上來，其中，大力發展電動汽車能夠有效緩解石油快速消耗的壓力和達到逐步改善空氣質量的目標。

電動汽車銷量逐年增長，但電動汽車起火事故也隨之逐年攀升。導致電動汽車起火的主要原因分為兩大類，其一，電池本身存在安全隱患；其二，電池管理系統沒有起到切實有效的管理工作。大量科研工作者通過改變電池材料的性能、開發更安全體系的電池等手段提高電池使用安全性；有很多方法估算電池SOC，其中，電池解析模型與智能算法耦合的估算方法獲得最廣泛的研究與應用。電池解析模型主要有等效電路模型和電化學模型，電化學模型精度高，但非常復雜，主要應用于新電池體系的開發、電池失效機理分析等；等效電路模型結構簡單、計算量小，被廣泛應用于電池SOC在線估算，但模型精度不高，隨著RC拓撲結構增加模型的復雜度將顯著增加，精度改善不明顯。

發明內容

針對上述技術難題，本發明提供一種雙卡爾曼濾波耦合氣液動力學模型估算SOC的方法及系統。本發明實現了離線參數氣液動力學電池模型、雙卡爾曼濾波算法和電流積分法之間的耦合，首先利用離線模型快速消除初始誤差的能力，然后利用雙卡爾曼濾波算法快速尋優能力實現辨識在線模型參數并修正估算結果，最后利用電流積分法計算量小和增量SOC估算精度高特點，實現對電池整個放電過程中SOC高精度估算。

本發明的技術方案是：一種雙卡爾曼濾波耦合氣液動力學模型估算SOC的方法，包括如下步驟：

步驟一：定義初始量，第一個卡爾曼濾波估計協方差矩陣P、第二個卡爾曼濾波估計協方差矩陣PP，參數向量Para，所述參數向量Para＝[y₁,y₂,y₃,y₄]，第一個卡爾曼濾波傳感器方差R、第二個卡爾曼濾波傳感器方差RR，過程噪聲q，額定容量Q_T，計數k，權重L和初始SOC₀；

步驟二：讀取第k組電池數據，k＝1,2,3…，所述電池數據包括端電壓、電流、溫度、內阻中的一個或多個的組合；

步驟三：將第k組數據和初始開路電壓f(SOC₀)，代入離線OCV模型估算開路電壓E_OCV；所述初始開路電壓f(SOC₀)通過初始SOC₀查SOC-OCV關系獲得；

步驟四：將第k組數據、初始開路電壓f(SOC₀)和估算的開路電壓E_OCV，代入在線端電壓模型估算端電壓E_U₀；

步驟五：對所述在線端電壓模型的四個參數[y₁,y₂,y₃,y₄]求偏導得到雅可比矩陣H；