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专利号: 2024106685152
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,包括以下步骤:建立二阶RC等效电路模型,基于所述二阶RC等效电路模型建立锂电池的状态空间方程;

进行放电‑静置实验确定开路电压OCV在不同放电阶段对应锂电池荷电状态SOC变化的关系,并拟合得到OCV‑SOC关系曲线;

基于所述状态空间方程计算得到电压估计值,利用递推最小二乘法对模型进行端电压辨识,得到端电压辨识曲线验证模型的精度;在锂电池恒流放电的情况下,对锂电池的开路电压、电流进行采样,获得开路电压的初始值;

利用无迹卡尔曼滤波算法,对状态空间方程不断优化,完成OCV‑SOC关系曲线的不断地预测和修正,实现荷电状态SOC估计值向荷电状态SOC实际值的不断收敛;所述OCV‑SOC关系曲线的表达式如下:

6 5 4 3 2

UOC=F(SOC)=31.26SOC ‑98.19SOC +120.1SOC ‑70.56SOC+19.07SOC ‑13.09SOC+

3.15;

利用无迹卡尔曼滤波算法,对状态空间方程不断优化的过程如下:用无迹变换找出采样点,在状态空间方程中设状态变量x的维度为n,则;

式中, 是Sigma点, 是收敛k次的状态变量最优值,i表示采样点的个数,λ为缩放

2 ‑4

比例系数,其计算公式如下:λ=α(n+k)‑n,α为10 到1之间的整数;

采用以下公式分别计算Sigma点的均值权值 协方差权重 初始均值 和初始协方差

将状态空间方程定义为y=f(x),则将Sigma点代入到y=f(x)中,则收敛k+1次的系统状态变量的估计值如下:i i

y=f(x),i=0~2n;

式中, 表示采样点i的从收敛k次到收敛k+1次的状态变量均值;

式中, 表示采样点i的从收敛k次到收敛k+1次的状态变量最优值。

2.根据权利要求1所述的一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,所述状态空间方程如下:还包括基于所述状态空间方程建立的观测建立的观测方程,所述观测方程表达如下:y(k)=[‑1 ‑1 0]x(k)+[‑R0]I(k)+v(k);

T

式中,x(k)为收敛次数k的系统输入值,状态变量x=[U1U2SOC],y(k)为收敛次数k的系统的输出值,Δt为采样时间,R0为锂电池欧姆内阻,R1、R2为锂电池的极化电阻,C1、C2为锂电池的极化电容,U1为R1两端电压,U2为R2两端电压,ω(k)为收敛次数k的系统过程噪声,I(k)为收敛次数k的采样电流,v(k)为收敛次数k的观测噪声,qN为离散后需要计算的电容值,k为收敛次数。

3.根据权利要求1所述的一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,利用递推最小二乘法对模型进行端电压辨识的辨识流程如下:采用以下公式计算电池的参数辨结果:

式中, 为电池的观测参数矩阵;θ为参数矩阵,表示为θ=[R0 R1 R2 C1 C2];其中,R0为锂电池欧姆内阻,R1、R2为锂电池的极化电阻,C1、C2为锂电池的极化电容;e(k)为误差值。

4.根据权利要求3所述的一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,采用以下方法对参数矩阵进行优化:计算当前收敛次数k+1的增益值K(k+1):式中,P(k)收敛次数为k的误差协方差矩阵, 为当前收敛次数k+1的观测数据矩阵;

计算等效电路模型的当前收敛次数k+1的参数误差e(k+1):式中,y(k+1)为当前收敛次数k+1的系统的输出值,θ(k)表示收敛次数k的参数矩阵,表示当前收敛次数k+1的观测值;

采用以下公式得到当前收敛次数k+1的电池模型参数矩阵θ(k+1):θ(k+1)=θ(k)+K(k+1)e(k+1)。

5.根据权利要求1所述的一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,还包括以下步骤:对收敛k+1次的误差协方差矩阵进行预测:

式中,Qk+1为收敛k+1次的系统噪声协方差阵;

将收敛k+1次的状态量预测值点集代入观测方程中,利用观测方程获取收敛k+1次的观测预计值 在观测方程中进行一次状态传递,继而加权得到收敛k+1次的测量的均值计算收敛k+1次的测量值的方差矩阵Pxy,k+1:计算收敛k+1次的状态量与测量值协方差矩阵Pyy,k+1:计算卡尔曼滤波增益Kk+1:Kk+1=Pxy,k+1/Pyy,k+1;

更新系统状态变量值

误差方差矩阵更新Px,k+1|k+1: 式中,为变量x收敛k+1次的状态变量最优值,y(k+1)为收敛k+1次的输出值, 为收敛次数k+1的系统的输出最优值。

6.根据权利要求4所述的一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算方法,其特征在于,当前收敛次数k+1的误差协方差矩阵P(k+1)的计算公式如下:式中,I为单位矩阵,P(k)是收敛次数为k的误差协方差矩阵,K(k+1)为当前收敛次数k+1的增益值, 为当前收敛次数k+1的观测数据矩阵。

7.一种基于无迹卡尔曼滤波的电池SOC估算系统,用于实现如权利要求1至6中任意一项所述的电池SOC估算方法,其特征在于,包括:第一模块,被设置为建立二阶RC等效电路模型,基于所述二阶RC等效电路模型建立锂电池的状态空间方程;

第二模块,被设置为进行放电‑静置实验确定开路电压OCV在不同放电阶段对应锂电池荷电状态SOC变化的关系,并拟合得到OCV‑SOC关系曲线;

第三模块,被设置为基于所述状态空间方程计算得到电压估计值,利用递推最小二乘法对模型进行端电压辨识,得到端电压辨识曲线验证模型的精度;在锂电池恒流放电的情况下,对锂电池的开路电压、电流进行采样,获得开路电压的初始值;

第四模块,被设置为利用无迹卡尔曼滤波算法,对状态空间方程不断优化,完成OCV‑SOC关系曲线的不断地预测和修正,实现荷电状态SOC估计值向荷电状态SOC实际值的不断收敛。