[發(fā)明專利]基于PID-EKF的鋰電池SOC估算方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211049532.5
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115932591A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳祖鋼;丁鵬;趙恩海;吳煒坤;嚴(yán)曉;張杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海玫克生儲能科技有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G06F17/12;H01M10/42;H01M10/48
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 徐秋平

本發(fā)明提供一種基于PID?EKF的鋰電池SOC估算方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，其中，所述方法包括獲取目標(biāo)電站的特性曲線并結(jié)合安時積分法建立狀態(tài)方程；基于所述狀態(tài)方程結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波原理獲取SOC狀態(tài)量的先驗估計值，以及SOC狀態(tài)量的協(xié)方差先驗估計值；計算所述目標(biāo)電站的端電壓觀測值的實際方差與理論方差的目標(biāo)差值以更新測量噪聲協(xié)方差；基于所述測量噪聲協(xié)方差計算卡爾曼增益以得到SOC狀態(tài)量的后驗估計值，以及SOC狀態(tài)量的協(xié)方差后驗估計值；將所述SOC狀態(tài)量的后驗估計值作為當(dāng)前時刻的SOC預(yù)測值進(jìn)行輸出。本發(fā)明的基于PID?EKF的鋰電池SOC估算方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，可以實現(xiàn)鋰電池荷電狀態(tài)的在線估計，相比基礎(chǔ)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法有更高的預(yù)測準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池電量管理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于PID-EKF的鋰電池SOC估算方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備。

背景技術(shù)

SOC,(State?of?Charge)是電池的荷電狀態(tài)，在儲能的電池管理系統(tǒng)中，電池SOC是核心的狀態(tài)，影響著電池壽命SOH、剩余能量SOE、電池輸出功率SOP，甚至影響著電池安全。但是由于電池是表現(xiàn)的非線性特征，受溫度、使用時間、倍率等各種因素影響，因此很難對電池SOC進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，國標(biāo)中，電池SOC的預(yù)估準(zhǔn)確度要求為5％。

常用目前對荷電狀態(tài)的研究，大多通過測量電池的電流、電壓、內(nèi)阻等相關(guān)特征參數(shù)，建立特征參數(shù)與電池SOC對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，利用這些函數(shù)關(guān)系修正SOC，因此電池特征參數(shù)的準(zhǔn)確性非常重要，目前對SOC估計的主要方法有：放電實驗法、安時積分法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、數(shù)據(jù)驅(qū)動法、組合方法等。

其中，放電實驗法：該方法是比較準(zhǔn)確的預(yù)估方法，它采用恒流持續(xù)放電獲取其放出電量。放電實驗法常常被使用來標(biāo)定電池的容量，該方法適用于所有電池，但也存在明顯的缺點：首先，充放電試驗需要花費大量時間；其次，放電實驗法不能用于工作中的電池。

安時積分法：安時積分法是最常用的SOC估計方法，安時積分法的原理是將電池在不同電流下的放電電量等價為某個具體電流下的放電電量。但是該方法精度會受電流傳感器的精度影響，且存在著累計誤差。

開路電壓法：利用電池的開路電壓與電池SOC的對應(yīng)關(guān)系，通過測量電池的開路電壓來估算SOC，用這種方法較為直接的得到電池的SOC。但是由于開路電壓法的基本原理是將電池靜置，使電池端電壓恢復(fù)至電路電壓，即要消除極化電壓的影響，靜置時間一般需要2小時以上，所以該方法不適合實時在線監(jiān)測，另外電池OCV測量復(fù)雜，且隨著電池老化，電池OCV會發(fā)生微小變化造成SOC出現(xiàn)誤差。

卡爾曼濾波法：該方法建立在安時積分法的基礎(chǔ)之上，是對動力系統(tǒng)的狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估計。核心思想是包括荷電狀態(tài)估計值和反映估計誤差的、協(xié)方差矩陣的遞歸方程，協(xié)方差矩陣用來給出估算誤差范圍?？柭鼮V波法在實際運用中矩陣運算量大，需要高運算能力的單片機(jī)?？柭鼮V波法的精度取決于等價模型的建立，由于電池自身老化影響，很難建立一個整個生命內(nèi)都準(zhǔn)確的等價電池模型。

組合電壓修正算法，儲能電池如果有恒流充電工況，充電工況穩(wěn)定，利用安時積分結(jié)合充電曲線修正SOC是大多數(shù)廠家經(jīng)常用到的算法。該算法穩(wěn)定性較高、計算簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)適用于嵌入式環(huán)境。但是該算法的精度受充電曲線精度的影響，而充電曲線通常采用的是出廠測試的電池充電曲線，隨著電池的老化，電池曲線會逐漸變化，初始測試的曲線不符合老化后的電池特征，這時采用初始充電曲線修正SOC會造成不可預(yù)測的誤差，同時遇到調(diào)頻電站，電流頻繁變化的場景，很難提取最佳的充放電參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于PID-EKF的鋰電池SOC估算方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及電子設(shè)備，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池SOC估算的問題。