[發明專利]一種鋰離子電池荷電狀態SOC的估算方法

有效

• 申請號: 202110451676.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113156321B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 周娟;王梅鑫;林加順;楊曉全;孫嘯;徐高祥;釗翔坤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01R31/388
• 分類號: G01R31/388;G01R31/367;G01R31/36;G01R31/378;G01R31/389;G01R31/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 賈耀淇

1.一種鋰離子電池荷電狀態SOC的估算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立鋰離子電池的等效電路模型，采集開路電壓數據與荷電狀態數據，基于所述等效電路模型，獲取不同狀態下的電池模型參數；

S2、基于基爾霍夫定律，通過所述等效電路模型和所述電池模型參數，得到模型狀態空間方程；

S3、基于所述模型狀態空間方程，通過魯棒自適應有限差分卡爾曼濾波法對鋰離子電池荷電狀態進行估算；

所述模型狀態空間方程包括狀態方程和觀測方程；

所述步驟S3具體包括：

S3.1、根據當前電池的荷電狀態SOC，計算電池模型參數；

S3.2、狀態變量一步預測：其中，為狀態變量k時刻一步預測值，i_k-1為k-1時刻工作電流，為k-1時刻狀態變量最優估計值；

測量矩陣更新：為k時刻一步預測觀測值，u_oc,k|k-1為k時刻一步預測開路電壓值，u_1,k|k-1為k時刻一步預測的一個RC環節端電壓值，i_k為k時刻工作電流；

S3.3、預測誤差協方差矩陣：P_k|k-1＝AP_k-1|k-1A^Τ+Q，P_k-1|k-1為k-1時刻誤差協方差，A^Τ為矩陣A的轉置，P_k|k-1為k時刻誤差協方差一步預測值，Q為過程噪聲方差；

S3.4、對所述觀測方程構造非線性回歸模型：

其中為狀態一步預測，x_k為狀態真值，δx_k|k-1為狀態一步預測殘差，h(·)為非線性觀測方程，u_k為k時刻電池端電壓觀測值，v_k為測量噪聲；

S3.5、隨機解耦：

其中則Z_k＝G(x_k)+ξ_k，令e_k＝Z_k-G(x_k)，R為測量噪聲協方差，P_k|k-1為k時刻誤差協方差一步預測值；

S3.6、構造權重矩陣，代入狀態預測值，求權重矩陣J，重構觀測值，重構后的殘差為等價于則修正后的觀測值為

S3.7、采用有限差分算法代替非線性函數偏導數，其中，非線性函數h(x_k)的偏導數：

令則：

ε為步長調節系數，i，j表示矩陣的行和列；

S3.8、計算卡爾曼增益：

S3.9、更新狀態變量的最優估計值協方差矩陣P_k|k：

其中

S3.10、采用改進的Sage-Husa自適應濾波算法估計過程噪聲協方差：

其中b為遺忘因子；

S3.11、循環步驟S3.1至步驟S3.10，實時估算電池荷電狀態SOC值；

所述構造權重矩陣的具體過程為：

定義Huber?M方法的代價函數：

其中，e_k,i為殘差向量的第i個分量，m、n為觀測向量與狀態向量的維度，函數d(e_k,i)的表達式為：

其中，γ為調節因子，

定義令代價函數最小，則

定義j(e_k,i)＝M(e_k,i)/e_k,i，則由

構造權重矩陣J＝diag(j(e_k,i))。