[發明專利]一種并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計方法

在審

• 申請號: 202210278251.0
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114740357A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 于全慶;金鑫;劉玉坤;龍勝文;李建明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/396
• 代理公司: 濟南佰智蔚然知識產權代理事務所(普通合伙) 37285
• 代理人: 劉靜

本發明公開了一種并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計方法，該方法先獲取并聯電池組的支路電流，建立電池的等效電路模型，同時，將估計出的支路電流和端電壓作為輸入，利用帶遺忘因子的遞推最小二乘法辨識模型參數，在擴展卡爾曼濾波中加入可隨殘差變化的自適應遺忘因子來估計荷電狀態，并進行荷電狀態和端電壓約束下的功率狀態估計。本發明考慮到了鋰離子電池單體間不一致性對支路電流的影響，可隨殘差變化的自適應遺忘因子也提高了擴展卡爾曼濾波的對不同環境的適應性，從而提高了支路電流、荷電狀態和功率狀態估計精度。

技術領域

本發明涉及電池技術，尤其是電動汽車動力電池系統技術領域，具體是一種并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計方法。

背景技術

為滿足能量和功率等要求，電動汽車的電池系統通常由數百個串聯或并聯的電池單體組成。然而由于制造過程的公差和使用條件的不同，電池單體之間的不一致性難以避免，而并聯電池之間的阻抗和容量不一致會導致各支路電流分布不均勻。目前，對于大型并聯電池組，電池管理系統通常只監測總電流，而無法獲得各支路的電流。若將總電流除以支路數得到的平均支路電流作為實際支路電流，則忽略了電池不一致性，以此估計出的荷電狀態(State of charge,SOC)和功率狀態(State of power,SOP)誤差較大。峰值功率過低，會導致電池能量供給不足，影響車輛的運行性能；峰值功率過高，則會嚴重影響電池壽命。因此支路電流、SOC和SOP的估算精度對于并聯電池組就顯得格外重要。

同時，基于模型的SOC估計大多采用擴展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)的方式，由于等效電路模型與電池的實際物理模型存在誤差，隨著濾波次數的增加，誤差積累會導致精度下降甚至發散，需要加入一個合適的遺忘因子修正狀態估計誤差協方差，而常值的遺忘因子不能隨著系統的變化進行調整。因此為更好的監測和估計并聯電池組各單體的狀態，提高電池的壽命，需要進行并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計，這是亟需解決的技術問題。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本發明提供一種并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計方法，以解決背景技術中提到的技術問題。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種并聯電池組支路電流、荷電狀態和功率狀態的聯合估計方法，包括以下步驟：

S1、獲取兩條支路電壓U_t1、U_t2、以及一條支路電流估計值I；

S2、建立電池單體的一階RC等效電路模型，基于電池的開路電壓和荷電狀態二者的關系，擬合OCV-SOC曲線；

S3、將S1中得到的支路電流估計值I和支路電壓輸入到帶遺忘因子的遞推最小二乘法中，辨識一階RC等效電路模型的參數；

S4、通過EKF進行SOC和極化電壓的先驗估計；

S5、進行SOC和極化電壓的后驗估計，加入自適應遺忘因子實時更新狀態估計誤差協方差P_k；

S6、利用S5中估計出的SOC，計算SOC約束下的持續充電峰值電流和持續放電峰值電流

S7、根據S3中辨識出的等效電路模型參數，計算出端電壓約束下相應的持續放電峰值電流和持續充電峰值電流

S8、基于S6和S7得到的持續充放電峰值電流，并考慮動力電池出廠設計的最大放電電流約束值與最小充電電流約束值，得到電池持續充電峰值電流和持續放電峰值電流將得到的電池持續充電峰值電流和持續放電峰值電流代入S3中所述電池的一階RC等效電路模型，計算出持續峰值電流對應的端電壓，從而計算出多約束下的持續充放電峰值功率。

進一步的，S1步驟中記載的兩條支路電壓U_t1、U_t2、以及一條支路電流估計值I通過以下方法獲得：