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专利号: 2020101158874
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电动汽车动力电池SOC估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1):通过间歇恒流放电法测取动力电池的电流与电压,通过多项式拟合法确定动力电池OCV-SOC的函数关系式:步骤2):建立动力电池二阶RC等效电路模型,推导其辨识模型;

步骤3):构建改进的混沌引力搜索算法的流程,完成辨识;

步骤4):针对锂离子电池非线性系统建立电池的状态空间模型,构建高斯-厄米特滤波算法的流程,并与改进的混沌引力搜索算法组成联合估计算法。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池SOC估计方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括如下步骤:步骤2-1)建立动力电池二阶RC等效电路模型:通过基尔霍夫定律,可得到动力电池二阶RC等效电路模型电气特性的表达式为:U=Uoc[SOC(t)]-U1-U2-I(t)·R0       (1)定义Qn为电池的实际容量,通过安时积分法可以计算电池的SOC值,得到式(4):令等效电路模型的输入u和输出y分别为电流I和端电压U,状态变量为SOC、U1、U2,则式(1)到式(4)可整理成状态空间方程的形式,如式(5)所示:式(5)中:x(t)=[SOC(t)U1(t)U2(t)]T,u(t)=I(t),y(t)=U(t),Dt=-R0;

其中,Uoc表示电池开路电压,R0是电池的欧姆内阻,R1、C1用于模拟电池动态特性中表现出的短时间响应阶段,即电压快速变化的过程,R2、C2用于模拟电池动态特性中表现出的长时间响应阶段,即电压缓慢稳定的过程;

步骤2-2)推导二阶RC等效电路模型的辨识模型,估计未知参数:由动力电池二阶RC等效电路模型可得:设τ1=R1C1,τ2=R2C2,可得:令:

a=τ1τ2

b=τ1+τ2

c=R1τ2+R2τ1+(τ1+τ2)R0d=R0+R1+R2

则式(7)可化简为:

τ1τ2Uocs2+(τ1+τ2)Uocs+Uoc=aR0Is2+cIs+dI+aUs2+bUs+U   (8)根据反向差分法公式 式(8)化简可得:令:

则式(9)可化简为:

Uoc(t)-U(t)=k1[Uoc(t-1)-U(t-1)]+k2[Uoc(t-2)-U(t-2)]+k3I(t)+k4I(t-1)+k5I(t-2)          (10)

令:

θ=[k1 k2 k3 k4 k5]T      (11)y(t)=Uoc(t)-U(t)     (12)则可以得到:

式(14)为系统辨识中的辨识表达式,利用系统辨识中的参数估计方法将参数θ=[k1 k2 k3 k4 k5]T辨识出来,再利用辨识出来的参数值推导出相应的电阻、电容值,具体推导过程如下:令k0=T2+bT+a,则可得:

a=-k0k2       (16)由于c=R1τ2+R2τ1+(τ1+τ2)R0,d=R0+R1+R2,所以可得:R2=d-R1-R0    (22)因为a=τ1τ2,b=τ1+τ2,故可得:

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车动力电池SOC估计方法,其特征在于,所述步骤3)具体包括如下步骤:假设搜索空间是n维,总体由N个个体组成,令第i个个体的位置和速度分别为:Qi=[q1i,q2i,…,qni]T∈Rn,i=1,2,…,N     (28)步骤3-1)初始化每个个体的速度和位置;

步骤3-2)采集输入电流和输出电压,构建输出Y(t),信息向量步骤3-3)构建输出矩阵Y(p),信息矩阵Φ(p);

Y(p)=[y(p),y(p-1),…,y(1)]T∈Rp     (29)步骤3-4)更新每个个体的速度和位置,将位置和速度方程更新为:θi(t+1)=rθi(t)+ai(t)      (31)Q(t+1)=sQ(t)+θi(t+1)      (32)ai(t)=F(t)/M(t)       (33)s=smax-(smax-smin)      (34)其中,t表示当前的迭代次数;T表示最大迭代次数;系数s为动态变化策略;

个体i的质量定义如下:

其中,fi(t)和Mi(t)分别表示在第t次迭代时第i个个体的适应度函数值和质量;fmin(t)和fmax(t)表示在第t次迭代时所有个体中最优适应度函数值和最差适应度函数值,对最小化问题,其定义如下:在d维上,个体i所受的引力如下:

kb(t)=(N-η)×(T-t)/T+η×zt      (39)zt+1=μ×zt×(1-zt)    (40)其中:G(t)表示在第t次迭代时万有引力常数的取值,G(t)=G0e-αt/T,G0和α为常数;Rij(t)表示个体i和j之间的欧氏距离且i≠j;ε是一常数,防止分母为零;zt为第t次迭代时的混沌数,其值在0到1之间;μ为一正常数;η是指物体向其他物体施加力的百分比;kb方程表明在引力搜索算法中引入了一种混沌优化机制,使其脱离局部最优;

步骤3-5)计算每个个体的最佳位置步骤3-6)计算所有个体的最佳位置步骤3-7)比较 和 如果 则获得最优估计值 否则,t=t+1跳到步骤3-2)

步骤3-8)通过公式(21)-(24)计算电路中各个参数值;

步骤3-9)计算输出预测电压 并计算相对误差

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动汽车动力电池SOC估计方法,其特征在于,所述步骤4)具体包括如下步骤:步骤4-1)将步骤2)中建立的二阶RC等效电路模型,结合安时积分法的计算公式整理成如下公式:对上式进行零阶保持离散化处理,得到离散方程:建立如下的状态空间表达式:

其中,系数矩阵分别为:

步骤4-2)系统状态x及其方差的预测Pt|t-1为:其中, 为求积权重系数, 为高斯求积节点,Qt为过程协方差矩阵;

步骤4-3)系统的观测量y及其自协方差PZZ为:步骤4-4)观测量y与系统状态量x的互协方差PXZ为:步骤4-5)系统的状态量x及其方差Pt|t的更新为:Pt|t=Pt|t-1-LtPXZT     (52)其中,滤波增益Lt=PXZ(Rt-PZZ)-1,Rt为观测协方差矩阵;

步骤4-6)重复步骤4-2)至步骤4-5),直至滤波结束。

所述电动汽车动力电池SOC估计方法采用改进的混沌引力搜索算法与高斯-厄米特滤波算法联合估计算法估计动力电池的SOC值,递推过程具体为:

1)t=0时,初始化: P1(0)、P2(0)、SOC(0);

2)收集输入输出数据I(t)、U(t);

3)根据公式(13)、(29)和(30)分别构造 Y(p)和

4)根据公式(31)-(44)刷新参数估计 并计算R0、R1、R2、C1和C2;

5)根据公式(45)-(48)构建状态空间表达式和状态变量x(t),观测量y(t);

6)根据公式(49)计算状态变量预估计值及其方差 与Pt|t-1;

7)根据公式(50)计算系统的观测量y及其自协方差 与PZZ;

8)根据公式(51)计算观测量y与系统状态量x的互协方差PXZ;

9)根据公式(52)更新状态变量x预估计值及其方差 与Pt|t;

10)t=t+1,重复步骤3)至步骤9)。