[發明專利]基于分數階容積卡爾曼濾波的動力電池SOC估計方法

在審

• 申請號: 202210299616.8
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114609525A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張秀梅;湯嘯;李慧;孫雷;臧明明
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/378;G01R31/382
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于分數階容積卡爾曼濾波的動力電池SOC估計方法，涉及電池管理系統領域，解決現有技術對鋰離子電池的SOC估計方法存在魯棒性較差，且精度低等問題，本發明方法為：采集動力鋰離子電池實驗數據，并建立鋰離子電池分數階等效模型；基于分數階模型輸出電壓表達式，對分數階等效電路模型進行參數辨識。基于離散化的分數階狀態方程建立分數階系統模型方程，對分數階系統模型方程進行自適應分數階平方根容積卡爾曼濾波，實現對鋰離子電池的SOC的狀態估計。本發明將容積卡爾曼濾波算法與分數階模型相融合，發揮分數階系統描述擴散等運動的準確性和穩定性，容積卡爾曼濾波算法在處理高維非線性問題比無跡卡爾曼濾波算法和擴展卡爾曼濾波算法濾波效果更好。

技術領域

本發明涉及電池管理系統領域，具體涉及一種基于分數階容積卡爾曼濾波的動力電池SOC估計方法。

背景技術

由于鋰離子電池的最新發展和對零排放汽車的強勁需求，電動汽車已經成功地重新定位，展示了商業上的成功。電池管理系統是確保電動汽車運行在復雜環境下安全和穩定行駛的關鍵技術，但還未達到理想的應用狀態，同樣也是各國競相解決的技術瓶頸。電池的荷電狀態(State of Charge,SOC)估計作為電池管理系統(Battery ManagementSystem,BMS)的重要組成部分，因為其高度非線性的運行特性、壽命老化等自身原因和環境溫度多變、運行工況復雜等外界原因使得SOC估計在實際應用中面臨諸多技術問題和挑戰。

近年來，對電池模型的研究熱度不減，主要有電化學模型、黑箱子模型、等效電路模型(ECM)。ECM很好的平衡了模型復雜度與精度且具有結構簡單、原件物理意義明確以及計算復雜度相比于其他模型小和便于實時計算的優點。所以ECM是最適合應用于電池管理系統的一種模型。隨著分數階理論的興起，與整數階等效電路模型(IOECM)相比，雖然分數階等效電路模型(FOECM)的計算量有一定的增加，但能更準確地描述實際鋰離子電池的動態特性。所以近年來圍繞FOECM的動力電池SOC估計已成為一個研究熱點，但是目前存在的方法依舊存在估計魯棒性較差、精度低等問題。

發明內容

本發明為解決現有對鋰離子電池的SOC估計方法存在魯棒性較差，且精度低等問題，提供一種基于自適應分數階平方根容積卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估計方法。

基于自適應分數階平方根容積卡爾曼濾波的鋰離子電池SOC估計方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、首先根據采集的動力電池實驗數據，建立動力電池分數階等效電路模型；并獲取所述的分數階等效電路模型輸出表達式，以及進行模型參數辨識；

步驟二、根據步驟一建立的分數階等效電路模型和獲得的模型參數，建立離散化的分數階狀態空間方程；

步驟三、對步驟二建立的離散化分數階狀態空間方程進行自適應分數階平方根容積卡爾曼濾波，實現對動力電池的SOC的狀態估計；

步驟三中對動力電池的SOC的狀態估計過程為：

步驟三一、設定離散化分數階狀態空間方程為線性函數，并根據三度容積規則，獲得卡爾曼增益W_k+1；

步驟三二、計算后驗狀態及后驗狀態方差，獲得后驗狀態值后驗狀態方差的平方根S_k+1|+k以及后驗狀態方差P_k+1；用下式表示為：

S_k+1|k+1＝Tria([χ_k+1|k-W_k+1Z_k+1|k W_k+1S_R,k])