[發明專利]一種多重約束條件下的鋰電池的可用功率預測方法及系統

有效

• 申請號: 202011476305.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112684347B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 謝家樂;姚天琪;李增超
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/378;G01R31/382
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

1.一種多重約束條件下的鋰電池可用功率預測方法，其特征在于，所述預測方法包括如下步驟：

建立鋰電池的等效電路模型，并確定鋰電池的狀態空間表達式；

基于最小均方誤差原理辨識等效電路模型的參數；

根據等效電路模型的參數預測電池溫度；

根據狀態空間表達式估計鋰電池的荷電狀態和能量狀態；

根據等效電路模型的參數和預測得到的電池溫度，確定在端電壓、電流、荷電狀態、能量狀態和溫度的多重約束條件下的極限充電功率和極限放電功率；

基于最小均方誤差原理辨識等效電路模型的參數，具體包括：

基于最小均方誤差原理，利用下列公式辨識等效電路模型的參數：

其中，和分別表示k時刻和k+1時刻的充電歐姆內阻，和分別表示k時刻和k+1時刻的放電歐姆內阻，R_D，k和R_D，k+1分別表示k時刻和k+1時刻RC網絡的電阻，和分別表示k時刻和k+1時刻的充電內阻增益系數，i_L，k表示k時刻的負載電流，和分別表示k時刻和k+1時刻的放電內阻增益系數，γ_D，k和γ_D，k+1分別表示k時刻和k+1時刻的RC網絡的電阻增益系數，μ_Ω和μ_D表示電阻增益系數的步進調整尺度，e_k為模型端壓與實測電池端壓之差；

所述根據等效電路模型的參數預測電池溫度，具體包括：

利用公式T_s,k+1＝E_TT_s,k+(1-E_T)M_k，預測電池溫度；

其中，T_s,k和T_s,k+1分別表示k時刻和k+1時刻的電池溫度，E_T表示第一中間函數，E_T＝exp(-k₂Δt/k₁)，k₁表示第一中間系數，k₁＝mc_p，k₂表示第二中間系數，k₂＝h_cφ；m表示電池質量，c_p表示電池比熱容，h_c表示電池對流散熱系數，φ表示有效表面積，M_k表示第二中間函數，i_L,k表示k時刻的負載電流，R_Ω,k表示k時刻的電池的歐姆內阻，T_a表示環境溫度。

2.根據權利要求1所述的多重約束條件下的鋰電池可用功率預測方法，其特征在于，所述狀態空間表達式為：

其中，s_k表示k時刻電池的荷電狀態，U_D,k和U_D,k+1分別表示k時刻和k+1時刻的RC網絡的電勢，U_h,k和U_h,k+1分別表示k時刻和k+1時刻的滯回電勢，i_L,k表示k時刻的負載電流，sign(·)表示符號函數，H_k表示滯回電勢間隙，U_t,k+1表示k+1時刻的電池端電壓，U_oc,k+1表示k+1時刻的開路電壓，R_Ω,k和R_Ω,k+1分別表示k時刻和k+1時刻的電池的歐姆內阻，當系統處于充電狀態時，當系統處于放電狀態時，E為第三中間函數，E＝exp(-Δt/(R_DC_D))，E_h為第四中間函數，E_h＝exp(-|i_LΔt/κ_h|)，κ_h為衰減常數，C_n表示電池的最大電荷容量，η表示電池的充放電庫倫效率，Δt表示離散時間間隔，x_k和x_k+1分別表示k時刻和k+1時刻系統的狀態向量，u_k表示k時刻輸入向量，y_k+1表示k+1時刻輸出向量，A表示系統矩陣，B表示輸入矩陣。