[發(fā)明專利]一種基于開關(guān)矩陣電池均衡拓撲的電池模型參數(shù)和荷電狀態(tài)聯(lián)合估計算法

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• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115598538A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設計）人: 王舶男;崔金茜;王力;王晶晶;陳橋梁
• 申請（專利權(quán)）人: 龍騰半導體股份有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

1.一種基于開關(guān)矩陣電池均衡拓撲的電池模型參數(shù)和荷電狀態(tài)聯(lián)合估計算法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1.建立電池的二階分數(shù)階模型作為荷電狀態(tài)估計以及均衡的模型；

步驟2.采用多尺度分數(shù)階雙無跡卡爾曼濾波法實現(xiàn)電池參數(shù)和荷電狀態(tài)的聯(lián)合估計；

步驟3.根據(jù)步驟2中得到的電池模型參數(shù)以及電池荷電狀態(tài)估計，基于開關(guān)矩陣均衡拓撲完成電池的均衡過程。

2.如權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)矩陣電池均衡拓撲的電池模型參數(shù)和荷電狀態(tài)聯(lián)合估計算法，其特征在于，步驟1具體為：使用分數(shù)階電容代替整數(shù)階電容，進而獲得電池的二階分數(shù)階模型，電路狀態(tài)方程如下：

U＝E-R₀I_T-U₁-U₂ (2)

其中α、β分別是分數(shù)階電容階次，U₁、U₂是分數(shù)階電容兩端的電壓，E是電池的開路電壓；U是電池的端電壓；I_T是電池的充放電流，Q_N表示電池的額定容量，η是庫侖效率；

此處引入G-L定義:

階數(shù)為α的變量x(t)可以展開寫成：

式中：^GLD_t^α為G-L分數(shù)階微積分算子；α為分數(shù)階階次；T_s為步長/s；t為運算總時長/s；j為步數(shù)；[t/T_s]為取t/T的整數(shù)部分；為牛頓二項式系數(shù)，并且當j＝0時，

據(jù)此，結(jié)合(1)、(2)式可得電池分數(shù)階模型如下：

U_k＝C_kx_k-R₀I_k+E+ν_k (5)

式中，C_k-1＝{-1,-1,0},x_k＝{U₁(k),U₂(k),SOC(k)}^T為狀態(tài)向量，ω_k、v_k分別為系統(tǒng)過程噪聲以及觀測噪聲。

3.如權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)矩陣電池均衡拓撲的電池模型參數(shù)和荷電狀態(tài)聯(lián)合估計算法，其特征在于：步驟2具體包括如下步驟：

步驟2.1.將電池模型離散化，獲得非線性狀態(tài)空間系統(tǒng)：

式中，x_k,l、y_k,l分別為在時間t_k,l＝t_k,0+l×T(1≤l≤L)時的狀態(tài)矩陣和觀測矩陣，T是采樣間隔，k和l分別是宏觀尺度和微觀尺度，u_k,l是系統(tǒng)在時間t_k,l時的輸入信號，ω_k,l與ρ_k分別是系統(tǒng)觀測噪聲和過程噪聲，v_k,l是觀測噪聲矩陣，Q是過程噪聲的方差，R是觀測噪聲的方差；

步驟2.2.設置初始狀態(tài)和狀態(tài)錯誤協(xié)方差；

式中和分別是初始參數(shù)猜測值和誤差協(xié)方差矩陣，和分別是初始狀態(tài)猜測值和誤差協(xié)方差矩陣；

步驟2.3.在宏觀尺度上更新先驗狀態(tài)值和狀態(tài)誤差協(xié)方差：由式(8)、(9)獲得采樣點σ點集和相應的權(quán)重，然后計算2j+1個σ點集的一步估計，

式中ω_m與ω_c分別是平均權(quán)重和協(xié)方差權(quán)重，λ＝α²(j+k)-n是標度系數(shù)，k是標度因數(shù)，α是標度因子，其中α＝0.01，k＝0，β＝2；

步驟2.4.在每個微觀尺度中，根據(jù)式(10)、(11)獲得采樣點σ點集和相應的權(quán)重，計算2i+1個σ點集的一步估計，并更新先驗狀態(tài)值和狀態(tài)誤差協(xié)方差，然后，通過一步估計值，再次利用無跡變換生成新的σ點集，

步驟2.5.在每個微觀尺度上，更新觀察結(jié)果，將σ點集引入觀測方程，以獲得的σ點集的觀察值和估計值進行加權(quán)和求和，以獲得均值等式和協(xié)方差等式；

步驟2.6.在后驗狀態(tài)估計之后，比較微觀尺度l和時間尺度L，如果微觀尺度l未達到水平L，則狀態(tài)估計結(jié)果將被傳輸?shù)讲襟E2.4，作為時間初始值，然后估計狀態(tài)；當l達到L時，后驗狀態(tài)估計及其誤差協(xié)方差則在下一個宏時間更新；

步驟2.7.根據(jù)式(12)更改時間尺度，用于參數(shù)和下一狀態(tài)預測，

步驟2.8.在每個宏觀尺度，根據(jù)式(13)更新后驗參數(shù)估計，