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专利号: 2015106957251
申请人: 南昌航空大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于修正的RC电池模型的荷电状态估计方法,其特征在于,具体过程为:

1)建立RC修正模型:

用二极管将电池在充放电不同工况下的电阻分开,根据电池RC修正模型,建立以下电路的数学方程表达式:充电时:

Uo(t)=Uvoc(SOC,T)-Up(t)-i(t)*Rc(T,SOC,I);

放电时:

Uo(t)=Uvoc(SOC,T)-Up(t)-i(t)*Rd(T,SOC,I);

方程的通解为:

其中,Rp为电池的极化内阻,Cp为电池的极化电容,I为充放电电流,Uo为输出电压,Uvoc(SOC,T)为电压源,SOC为剩余电量,T为电池温度,i(t)为电流;

可以利用对电池进行间隔性的充放电来分析电池的极化阻容电压的变化规律和确定C的数值;

2)辨识模型参数:

在RC修正模型中,分别辨识是充放电内阻、开路电压、极化电压和极化内阻的电池模型参数;从电池充放电静置后的电压响应曲线数据,用最小二乘法拟合得到电池的开路电压;利用电流加载和卸载的瞬间电压变化来测试欧姆内阻;在磷酸铁锂RC修正模型中,设定模型的极化初始电压为Up(0),恒定电流为I,时间常数为τ=Cp*Rp;电池在放电加载时的极化电压Up(t)和开路电压Uo(t)分别为:-t/τ -t/τ

Up(t)=Up(0)*e +I*Rp*(1-e ); (1)-t/τ -t/τ

Uo(t)=Uovc(SOC,T)-[Up(0)*e +I*Rp*(1-e )]-I*Rd(T,SOC,I); (2)电池在放电卸载时,得到的极化电压Up(t)和开路电压Uo(t)分别为:-t/τ

Up(t)=Up(0)*e ; (3)-t/τ

Uo(t)=Uvoc(SOC,T)-[Up(0)*e ]; (4)开路电压Uocv(SOC,T)由拟合插值得到;当t=0时,利用式(1)~(4),并结合最小二乘法,求出Up(0)和时间常数τ,再将时间常数和Up(0)代入式(1)~(4),结合τ=Cp*Rp和最小二乘法,求出极化电阻Rp和极化电容Cp;

3)利用扩展卡尔曼滤波算法,得到电池RC修正模型的连续状态空间方程:方程的状态变量为电池SOC和极化电容上的电压,状态空间方程的观测方程为电池等效电路的回路方程;电池的额定容量由CN表示,电池的充电效率由η表示;

电池的连续状态空间方程表达式如下:

经线性化和离散化处理得到电池的离散状态空间方程,数据的采样时间用Ts表示;

电池的离散状态空间方程如下:

对比扩展卡尔曼滤波算法中的系数,得到:系统状态向量: uk=[ik];

系统矩阵:

观测矩阵:

根据辨识方法获得的各点SOC的电池模型参数值,进行多次曲线拟合,然后用插值法获得整个阶段的SOC的参数值。

2.根据权利要求1所述的基于修正的RC电池模型的荷电状态估计方法,其特征在于,所述间隔性的充放电,其实验方法如下:第一步:将磷酸铁锂电池以恒流恒压的方式充满电,静置1小时;

第二步:用电流值为5A的恒定电流对电池进行9S的放电过程,静置1分钟;

第三步:用电流值为5A的电流对电池进行9S的充电过程,静置1分钟;

重复第二、三步骤,得到实验数据。

3.根据权利要求1所述的基于修正的RC电池模型的荷电状态估计方法,其特征在于,所述辨识模型参数时,电池的测试流程如下:

1)将磷酸铁锂电池以恒流恒压方式充满电,即用1C恒流充电至电池单体电压3.75V,转恒压充电至截止电流为0.05C,静置一个小时,记满电状态为SOC=1;

2)以恒定电流20A对电池进行放电,时间可以持续一个小时,将电池的放电时间分为

10段,每次放电阶段之间将电池静置10分钟;

3)将在间隔0.1SOC处进行数据采集,测试工步:静置1分钟,放电9S,静置5~6分钟,放电9S,再静置1分钟,采集结束;

4)重复步骤2)和步骤3)将电池的电量输出完,即SOC=0。