[發明專利]一種基于分數階多新息雙無跡卡爾曼濾波聯合估計鋰電池SOC和SOH的方法

在審

• 申請號: 202310039806.0
• 申請日: 2023-01-11
• 公開（公告）號: CN116298904A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 李偉;朱永龍;李思;閆文豪;張西镚;張延宇;周毅
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/387;G01R31/392;G01R31/382;G06N3/126;G06F17/13;G06F17/18
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

1.一種基于分數階多新息雙無跡卡爾曼濾波聯合估計鋰電池SOC和SOH的方法，其特征在于，包括：

步驟1：建立分數階二階RC等效電路模型，根據建立的分數階二階RC等效電路模型，建立考慮系統的狀態干擾和輸出干擾項的狀態方程和輸出方程；

步驟2：獲取待檢測鋰離子電池型號和運行參數，利用容量實驗，脈沖實驗和工況實驗，對鋰電池的開路電壓、電流進行采樣；初始化電池開路電壓與剩余電量SOC，獲取常溫下的電池開路電壓與剩余電量SOC的關系；

步驟3：通過放電電壓降得到歐姆內阻，通過遺傳算法辨識分數階模型的參數；

步驟4：基于步驟3得出的分數階模型構造考慮系統的狀態干擾和輸出干擾項參數估計方程，進而構造狀態估計和參數估計的聯合狀態方程；

步驟5：基于步驟4得到的聯合狀態方程設計基于分數階模型的多新息雙無跡卡爾曼濾波算法；

步驟6：采集電流電壓值，采用設計的基于分數階模型的多新息雙無跡卡爾曼濾波算法對剩余電量SOC和健康狀態SOH進行聯合估計。

2.根據權利要求1所述的一種基于分數階多新息雙無跡卡爾曼濾波聯合估計鋰電池SOC和SOH的方法，其特征在于，所述步驟1包括：

步驟1.1：建立動力電池的分數階二階RC模型：將電阻R₀、R₁、R₂依次串聯在電池包U_OC的輸出端，并將電容C₁與電阻R₁并聯，電容C₂與電阻R₂并聯；

步驟1.2：將上述分數階二階RC模型表示為如下的分數階微分方程組；

狀態方程：

輸出方程：

U_T＝U_OC(SOC)-R₀I_T-U₁-U₂(2)

其中，U_oc表示理想電壓源，與SOC存在非線性關系；R₀表示歐姆內阻，U₁和U₂為極化電壓，R₁和R₂為極化內阻，C₁和C₂為分數階電容，m和n分別表示分數階電容C₁和C₂的階數，Q_n表示電池的最大可用容量，I_T表示電路中電流大小；

步驟1.3：根據Grunwald-Letnikov定義，階數為α的變量展開寫成：

其中，D^α是微積分算子，并且α＞0時，α＝0時，D^α＝1；α＜0時，因子表示二項式系數，h表示步長，表示的整數部分，t表示當前時刻，j表示步數；

將式(1)、(2)和(3)轉化為狀態更新方程：

其中，x＝[U₁,U₂,SOC]^T，y＝U_T，u＝I_T，h(x)＝U_OC(SOC)，x_k表示在k時刻的狀態，x_k+1表示在k+1時刻的狀態，u_k表示在k時刻的輸入電流，以及

其中τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂為兩個RC環的時間常數，k表示某一隨機時刻；

步驟1.4：加入干擾項，得到：

其中，w_k和v_k分別為系統的狀態干擾項和輸出干擾項。