[發明專利]一種基于時變校正擴展卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估算方法

在審

• 申請號: 202110545909.5
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113189492A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 喬家璐;王順利;鄒傳云;于春梅;李小霞;范永存;曹文;熊麗英;靳玉紅;喬靜;陳蕾;劉春梅;張麗;王瑤;周長松;熊然
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/387;G01R31/388
• 代理公司: 安徽中辰臻遠專利代理事務所(普通合伙) 34175
• 代理人: 劉朝琴

本發明涉及一種基于時變校正擴展卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估算方法，其特征在于，通過在卡爾曼濾波算法基礎上利用泰勒展開式進行線性化處理使卡爾曼濾波能應用于具有非線性關系的鋰離子電池組SOC估算，實現了對鋰離子電池組SOC值的有效迭代計算，克服SOC初值誤差和安時積分存在的累積誤差；考慮到模型內部參數受多種因素影響而并非恒定不變，通過曲線擬合法得到SOC與各個參數的函數關系并應用在算法中；建立Thevenin等效電路模型，克服極化效應出現的誤差，步驟簡短且原理清晰，適合功率型電池充放電的暫態分析，且對電池具有更好的表征效果；該方法在充分考慮鋰離子電池成組工作基礎上，基于等效模型電路。

技術領域

本發明涉及一種基于時變校正擴展卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估算方法，該方法針對鋰離子電池組SOC值的精確估算目標，提出了一種基于時變校正擴展卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估算方法，通過在傳統卡爾曼濾波算法基礎上對非線性函數的泰勒展開式進行一階線性化處理，從而把非線性問題轉化為線性問題，能應用于具有非線性關系的鋰離子電池組SOC估算；考慮到模型內部參數受SOC值的影響，計算SOC與各個參數的函數關系并應用在算法中，實現了鋰離子電池組SOC值的有效迭代計算，克服SOC初值誤差和安時積分存在的累積誤差；建立Thevenin等效電路模型，克服極化效應出現的誤差，步驟簡短且原理清晰，適合功率型電池充放電的暫態分析，對電池具有更好的表征效果；在電池等效電路模型基礎上運用時變校正擴展卡爾曼濾波實現鋰離子電池組SOC估算模型的建立和SOC值的數學迭代運算；該方法是一種基于現代控制理論的鋰離子電池組狀態估算方法，屬于新能源測控領域。

背景技術

在鋰離子電池組的整個生命周期中，電池管理系統(Battery ManagementSystem，BMS)對核心參數SOC的監控和調節將影響應急動力輸出的效果和安全性；因此，實時監測該參數的變化，并基于此保障鋰離子電池組的工作性能是非常必要的；由于BMS中的成組SOC估算技術尚不成熟，使用過程中存在的安全隱患嚴重制約了鋰離子電池組的發展；對于鋰離子電池組而言，可靠的BMS管理依靠準確的SOC值；在該值已知的情況下，不僅對其進行可靠能量管理和安全控制，而且還避免鋰離子電池組的提前損壞，延長其使用壽命；因此，精確估算SOC值，對保障鋰離子電池組的工作性能及其能量和安全管理至關重要；鋰離子電池組的SOC估算模型構建和精確估算值的獲取，已成為其能量和安全管理的核心問題；鋰離子電池組由具有高能量密度和閉路電壓的鈷酸鋰電池單體組合構成，其安全性受到所處工作狀態的影響；SOC表征了鋰離子電池組的剩余容量，是電池管理系統最基本也是最重要的一個關鍵參數；此外，鋰離子電池組的充放電過程包含復雜電能、化學能和熱能轉換等環節，過充電和過放電現象易引發安全事故，精確SOC估算在防止過充電和過放電中起著重要作用；在鋰離子電池組的應用中，其安全性依然是最為關注的問題，SOC估算是其安全使用的基礎和前提；鋰離子電池組采用電池單體級聯結構，滿足了輔助動力供能過程中的容量和電壓需求；然而，由于無法避免的材料和工藝差異，單體間不一致現象客觀存在且無法避免；并且，該現象會隨著循環次數的增加越來越明顯，這就使得單體間不一致性的表達與修正成為成組SOC估算的重要組成部分，同時也給成組SOC精確估算帶來了巨大的挑戰。