锂离子电池荷电状态与参数自适应联合估计方法

摘要

本发明公开了锂离子电池管理技术领域中的一种锂离子电池荷电状态与参数自适应联合估计方法。包括：确定影响锂离子电池荷电状态SOC估算精度的关键系数；辨识用于估算锂离子电池荷电状态的基本参数；利用电池状态方程计算时刻k锂离子电池的端电压估算值，同时测量时刻k锂离子电池的端电压实际值；根据关键系数更新方程更新时刻k的关键系数，并求取时刻k+1锂离子电池的状态；利用更新后的关键系数和时刻k+1锂离子电池的状态，计算时刻k+1锂离子电池的端电压估算值。本发明提供的方法，对任意时刻锂离子电池的端电压的估计都具有较高的精度，且易于实现。

主权项

一种锂离子电池荷电状态与参数自适应联合估计方法，其特征是所述方法包括：步骤1：确定影响锂离子电池荷电状态SOC估算精度的关键参数；步骤2：辨识用于估算锂离子电池荷电状态的基本参数；所述基本参数包括锂离子电池的极化内阻、极化电容和欧姆内阻；步骤3：利用电池状态方程计算时刻k锂离子电池的端电压估算值，同时测量时刻k锂离子电池的端电压实际值；步骤4：根据关键参数更新方程更新时刻k的关键参数，并求取时刻k+1锂离子电池的状态；步骤5：利用更新后的关键参数和时刻k+1锂离子电池的状态，计算时刻k+1锂离子电池的端电压估算值；所述步骤1中确定影响锂离子电池荷电状态SOC估算精度的关键参数是，根据开路电压OCV和锂离子电池荷电状态SOC关系函数确定影响锂离子电池荷电状态SOC估算精度的关键参数；其中，开路电压OCV和锂离子电池荷电状态SOC关系函数为：f(s)＝a‑b×(‑ln(s))^α+cs；f(s)为开路电压OCV；s为锂离子电池荷电状态SOC；α为常数；a、b和c为关键参数；所述步骤3中电池状态方程为：${\hat{y}}_k=C_k{x}_k+D_k{u}_k$其中，为时刻k锂离子电池的端电压估算值，f(s_k)为开路电压，即f(s_k+1)＝a‑b×(‑ln(s_k+1))^α+cs_k+1；x_k为时刻k锂离子电池的状态且$x_k=\left[\begin{array}{c}{U}_p\\ s_k\end{array}\right],$U_p为锂离子电池极化电压且I_k为时刻k流过锂离子电池的电流，D_k+1＝R₀，R_o为锂离子电池的欧姆内阻，u_k＝I_k；时刻k锂离子电池的端电压实际值y_k通过测量获得；所述步骤4中关键参数更新方程为：${\theta }_{i+1}={\theta }_i-\mu {\left[{\left(J_N^{abc}\right)}^T\left(J_N^{abc}\right)\right]}^{-1}{\left(J_N^{abc}\right)}^T(J_N^{abc}{\theta }_i-y_k);$其中，θ_i＝[a_i,b_i,c_i]^T；i为迭代次数；a_i、b_i和c_i分别为经过i次迭代后的关键参数；μ为设定步长；y_k为时刻k锂离子电池的端电压实际值；为关键参数的雅克比矩阵且$J_N^{abc}=\left[\begin{array}{ccc}1& -{(-ln(\frac{q1}{Q}\left)\right)}^{\alpha }& \frac{q1}{Q}\\ .& .& \\ .& .& \\ .& .& \\ 1& -{(-\ln (\frac{qN}{Q}\left)\right)}^{\alpha }& \frac{qN}{Q}\end{array}\right];$qj为锂离子电池充电过程中任意连续N个时段中第j个时段充入锂离子电池的电量，j＝1,2,...,N；N为设定值；Q为锂离子电池的容量；所述求取时刻k+1锂离子电池的状态采用公式其中，x_k+1为时刻k+1锂离子电池的状态；$A_k=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{R_p{C}_p}& 0\\ 0& 0\end{array}\right];$R_P为锂离子电池的极化内阻；C_P为锂离子电池的极化电容；x_k为时刻k锂离子电池的状态且$x_k=\left[\begin{array}{c}{U}_p\\ s_k\end{array}\right];$U_p为锂离子电池极化电压且I_k为时刻k流过锂离子电池的电流；$B_k=\left[\begin{array}{c}\frac{1}{C_p}\\ \frac{1}{Q}\end{array}\right];$Q为锂离子电池的容量；$L_k=\left[\begin{array}{c}{L}_1\\ L_2\end{array}\right];$L₁为对锂离子电池极化电压一阶导数的误差反馈量的增益系数；L₂为对锂离子电池荷电状态一阶导数的误差反馈量的增益系数；y_k为时刻k锂离子电池的端电压实际值；为时刻k锂离子电池的端电压估算值；所述步骤5中计算时刻k+1锂离子电池的端电压估算值采用公式：${\hat{y}}_{k+1}=C_{k+1}{x}_{k+1}+D_{k+1}{u}_{k+1};$其中，为时刻k+1锂离子电池的端电压估算值；$C_{k+1}=[1,\frac{\partial f\left(s_{k+1}\right)}{\partial s_{k+1}}];$f(s_k+1)＝a′‑b′×(‑ln(s_k+1))^α+c′s_k+1；a′、b′和c′分别为更新后的关键参数；s_k+1为时刻k+1锂离子电池的荷电状态；x_k+1为时刻k+1锂离子电池的状态；D_k+1＝R₀；R_o为锂离子电池的欧姆内阻；u_k+1为时刻k+1流过锂离子电池的电流。