[發明專利]一種基于滾動時域估計的SOC在線估算方法及系統

有效

• 申請號: 202110304715.6
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113138342B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 孫化陽;栗歡歡;王亞平;江浩斌;陳龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/378
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于滾動時域估計的SOC在線估算方法及系統，包括以下步驟：確定被估算對象鋰離子電池的OCV?SOC關系；建立氣液動力學鋰離子電池模型；建立氣液動力學模型，使用氣液動力學模型模擬氣液動力學鋰離子電池解析模型，通過氣液動力學鋰離子電池解析模型計算得到電池端電壓值的估算值；建立基于安時積分法的電池SOC估算方程，得到當前實時電池SOC先驗估計值；利用滾動時域估計算法對SOC先驗估計值進行優化，得到SOC最優估算值。本發明用于提高SOC估算精度并消除原始模型在局部估算精度丟失的問題。

技術領域

本發明屬于電動汽車電力電池技術領域，尤其涉及一種基于滾動時域估計的SOC在線估算方法及系統。

背景技術

近年來，世界正在向可再生和可持續能源快速轉型。許多可再生能源，如太陽能和風能，都依靠儲能裝置來持續輸送能量。此外，在電能應用的末端，儲能裝置在便攜式應用中顯得更加重要。因此，可充電電池已成為電能儲存的重要形式，并被廣泛應用于電動汽車、消費電子、航空航天、機器人和電網等領域。與其他類型的可充電電池相比，鋰離子可充電電池具有較高的能量密度和較低的記憶效應。此外，鋰離子可充電電池具有較好的循環壽命周期、較低的自放電率、良好的充放電效率，并且可以在在較寬的溫度范圍內可靠地工作。因此，整個社會對鋰離子電池的需求很高。然而，為了確保所有鋰離子電池的安全、高效和可靠使用，則需要電池管理系統的支持。

電池管理系統(BMS)可以確保電池供電系統的安全性、效率和可靠性。BMS的一個主要功能是電池狀態估算，它用于估計電池的一些重要狀態，如充電狀態(SOC)、健康狀態(SOH)和電源狀態(SOP)。電池狀態估算由幾個模塊組成，主要可分為兩組。第一組負責估算電池參數，如開路電壓(OCV)參數、等效電路模型(ECM)參數和電池容量。這些參數可以在線或離線估計，具體取決于軟件設計和需求。雖在電池壽命的初始階離線估算技術比在線估算技術更準確，但隨著電池壽命的延長，其參數開始偏離初始值，在線技術則變得更為合適。第二組模塊用于估計重要的電池狀態，如SOH和SOP。估計SOH和SO的許多技術都依賴于精確的SOC，這突出了在電池狀態估計過程中SOC\OCV估算的重要性。

然而在電池運行時，可測量的端電壓是OCV和電壓降的總和。由于在電池運行過程中無法直接測量極化電壓降，因此需要長時間，直到消除極化電壓降，端電壓變為等效于OCV才可以直接測量。目前，有兩種現有的方法試圖解決這個問題。第一種方法利用等效電路模型，來估計極化效應引起的電壓降。然后，通過從端電壓中減去該壓降，即可計算OCV。過去，人們提出了不同的在線估計方法；由于不需要等到消除極化效應，這些方法可以比離線估計更快。然而，等效電路模型在OCV建模方面存在不足。首先，模型的精度取決于所采用的OCV模型。由于BMS所用微控制器的能力有限，因此只能采用簡單的模型來描述OCV，進而導致精度的下降。第二種方式利用電化學模型來估計電池運行中的真實狀態。事實上，電化學模型考慮了鋰離子的傳輸、電化學動力學和材料性質，這是從理論上來說是一種理想的選擇，因為它們除了能夠準確預測開路電壓外，還提供了有關內部物理變量的信息。電化學模型的控制方程是一組耦合的非線性偏微分方程，求解這些方程需要相當大的計算能力。為了在實時應用中使用電化學模型，在實際應用中只能降低模型階數，從而得到降階模型。這會造成與等效電路模型類似的問題。

發明內容

針對上述問題的不足，本發明提出一種基于滾動時域估計的SOC在線估算方法及系統，提高SOC估算精度并消除原始模型在局部估算精度丟失的問題。

本發明的具體實施步驟如下：

一種基于滾動時域估計的SOC在線估算方法，包括以下步驟：

確定被估算對象鋰離子電池的OCV-SOC關系；

建立氣液動力學鋰離子電池模型；建立氣液動力學模型，使用氣液動力學模型模擬氣液動力學鋰離子電池解析模型，通過氣液動力學鋰離子電池解析模型計算得到電池端電壓值的估算值；