一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，通過(guò)電流傳感器測(cè)量得到的電池電流值輸入電池模型中，計(jì)算出計(jì)算所得的電池電壓，將該值與測(cè)得的電池電壓進(jìn)行比較，得到其電壓誤差，并將該電壓誤差通過(guò)比例系數(shù)和積分系數(shù)反饋回電池模型中，校正電池模型，從而使所獲得的荷電狀態(tài)估計(jì)值能更加的精確；而由于反饋回電池模型的量中有電壓誤差的積分值，因而，該系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性，估計(jì)速度也將大大提高，本發(fā)明具有估計(jì)精度高、算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池荷電狀態(tài)估計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的發(fā)展和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，作為綠色能源的一大重要組成部分的電動(dòng)汽車(chē)，已引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。電池作為電動(dòng)汽車(chē)核心部件之一，是電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)能源，是限制電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一大瓶頸，也是目前的一大研究熱點(diǎn)。然而，電池本體研究涉及材料、電化學(xué)等多門(mén)學(xué)科的融合，雖已在實(shí)驗(yàn)室階段取得一定成果，但實(shí)際可應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的牽引電池產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)很難得到跨越式的發(fā)展。如何在現(xiàn)有電池產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，盡可能地提高其使用安全性、使用效率和使用壽命，降低電池的使用成本，從而最終降低現(xiàn)有電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)推廣難度成為目前亟待解決的問(wèn)題。
[0003]電池的荷電狀態(tài)(State of Charge, S0C)作為電池的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)電池的監(jiān)測(cè)、電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程估計(jì)等起到至關(guān)重要的作用。然而，不同于電池電壓、電流等信號(hào)，電池的荷電狀態(tài)是不可直接測(cè)量的量，沒(méi)有一種傳感器可以直接測(cè)得其值，因而，根據(jù)可測(cè)得的物理量，如電壓、電流等，通過(guò)一定的算法估計(jì)電池的荷電狀態(tài)是目前亟待解決的問(wèn)題。根據(jù)文獻(xiàn)資料顯示，世界范圍內(nèi)已有大量電池荷電狀態(tài)的估計(jì)方法，而其中，基于模型的荷電狀態(tài)估計(jì)方法被認(rèn)為是最流行也是最具前途的荷電狀態(tài)估計(jì)方法。
[0004]然而，現(xiàn)有的基于模型的荷電狀態(tài)方法均有其各自的缺點(diǎn)，不能很好的滿足目前電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)﹄姵睾呻姞顟B(tài)估計(jì)的要求。如卡爾曼濾波器方法能在電池模型存在高斯噪聲時(shí)仍能較好的估計(jì)電池的荷電狀態(tài)，但其需要精確的電池模型，且其運(yùn)算量較大，在電動(dòng)汽車(chē)等實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合將大大提高系統(tǒng)的成本；龍伯格觀測(cè)器方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，但其大大依賴于電池的模型精度，如果電池模型稍有誤差，其估算誤差也會(huì)大大加大。
[0005]綜上所述，基于|旲型的方法由于其特殊結(jié)構(gòu)，能有效的提聞電池荷電狀態(tài)的估計(jì)精度。然而，現(xiàn)有的基于模型的方法要么大大依賴于電池模型的精度，要么運(yùn)算量大，算法過(guò)于復(fù)雜，沒(méi)有一種較好的解決以上問(wèn)題的算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，以降低其對(duì)模型精度的依賴，提高估計(jì)精度，簡(jiǎn)化算法，使算法能更好的應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟:
[0009]第一步，用電流傳感器P和電壓傳感器R分別測(cè)得在電池負(fù)載0作用下電池Q上的電池電流T和電池電壓y ；[0010]第二步，將電池電流T輸入電池模型U中計(jì)算，并輸出計(jì)算所得電池電壓j ;
[0011 ] 第三步，將測(cè)得的電池電壓y和計(jì)算所得電池電壓分別輸入比較器V進(jìn)行比較，并獲得電壓誤差S;
[0012]第四步，將電池誤差S分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)途徑輸入第三累加器3，第一途徑為電壓誤差S乘上比例系數(shù)Kp，然后再輸入第三累加器3 ;第二途徑為電壓誤差S乘上積分系數(shù)Κη，并
經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘上積分系數(shù)Ki2，最后輸入第三累加器3 ；
[0013]第五步，第三累加器3將以上兩條途徑所得值進(jìn)行累加并輸入電池模型U中的第一累加器1中。
[0014]所述電池模型U的計(jì)算過(guò)程為:測(cè)得的電池電流T分成兩個(gè)途徑輸入第二累加器2，第一途徑為電池電流T乘以第四模型系數(shù)D后輸入第二累加器2 ;第二途徑為電池電流T
乘以第二模型系數(shù)B后輸入第一累加器1，并經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)I再乘上第三模型系數(shù)C，
最后輸入第二累加器2，經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘以第一模型系數(shù)A再輸入第一累加器1，第二累加器2處理過(guò)的數(shù)據(jù)即為計(jì)算所得電池電壓j。
[0015]所述電流傳感器P為霍爾電流傳感器，或?yàn)榉至髌黝?lèi)可測(cè)量電流的器件。
[0016]所述電池Q為鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池或鎳鉻電池等。
[0017]所述電池模型U為電化學(xué)模型、等效電路模型或數(shù)學(xué)模型。
[0018]所述比例系數(shù)比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Κη、積分系數(shù)Κη為一維數(shù)值或多維數(shù)組。
[0019]用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法采用連續(xù)域的形式，在實(shí)際應(yīng)用中將其進(jìn)行離散化，不影響實(shí)施。
[0020]本發(fā)明將電壓誤差通過(guò)比例系數(shù)和積分系數(shù)反饋回電池模型中，校正電池模型，從而使所獲得的狀態(tài)估計(jì)值能更加的精確；而由于反饋回電壓誤差的積分量，從而使該系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性，估計(jì)速度也將大大提高，具有估計(jì)精度高、算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0022]圖2為本發(fā)明采用的電路模型的等效電路圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中電池初始荷電狀態(tài)已知情況下的估計(jì)結(jié)果圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中電池初始荷電狀態(tài)未知情況下的估計(jì)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0026]參照?qǐng)D1，一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟:
[0027]第一步，用電流傳感器Ρ和電壓傳感器R分別測(cè)得在電池負(fù)載0作用下電池Q上的測(cè)得的電池電流Τ和電池電壓y ；
[0028]第二步，將測(cè)得的電池電流T輸入電池模型U中計(jì)算，并輸出計(jì)算所得電池電壓[0029]第三步，將測(cè)得的電池電壓y和計(jì)算所得電池電壓分別輸入比較器V進(jìn)行比較，并獲得電壓誤差S;
[0030]第四步，將所得的電池誤差S分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)途徑輸入第三累加器3，第一途徑為電壓誤差S乘上比例系數(shù)Kp，然后再輸入第三累加器3 ;第二途徑為電壓誤差S乘上積分系數(shù)
Κη，并經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘上積分系數(shù)Ki2，最后輸入第三累加器3 ；
[0031]第五步，第三累加器3將以上兩條途徑所得值進(jìn)行累加并輸入電池模型U中的第一累加器1中。
[0032]所述的電池模型U的計(jì)算過(guò)程為:測(cè)得的電池電流T分成兩個(gè)途徑輸入第二累加器2，第一途徑為電池電流T乘以第四模型系數(shù)D后輸入第二累加器2 ;第二途徑為電池電
流T乘以第二模型系數(shù)B后輸入第一累加器1，并經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘上第三模型系數(shù)
C，最后輸入第二累加器2，經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)I再乘以第一模型系數(shù)A再輸入第一累加器1，第二累加器2處理過(guò)的數(shù)據(jù)即為計(jì)算所得電池電壓少。
[0033]所述電流傳感器P為霍爾電流傳感器，或?yàn)榉至髌黝?lèi)可測(cè)量電流的器件。
[0034]所述電池Q為鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池或鎳鉻電池。
[0035]所述電池模型U為電化學(xué)模型、等效電路模型或數(shù)學(xué)模型。
[0036]所述比例系數(shù)比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Κη、積分系數(shù)Κη為一維數(shù)值或多維數(shù)組。
[0037]用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法采用連續(xù)域的形式，在實(shí)際應(yīng)用中將其進(jìn)行離散化，不影響實(shí)施。
[0038]下面給出一個(gè)具體實(shí)施例:
[0039]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形均應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0040]本實(shí)施例所采用的電池為鋰離子電池，參照?qǐng)D2為本發(fā)明選用的電池模型(一階RC模型)，該模型可寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程形式，如下式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步，用電流傳感器(P)和電壓傳感器(R)分別測(cè)得在電池負(fù)載(0)作用下電池(Q)上的測(cè)得的電池電流T和電池電壓y ；第二步，將電池電流T輸入電池模型(U)中計(jì)算，并輸出計(jì)算所得電池電壓第三步，將測(cè)得的電池電壓y和計(jì)算所得電池電壓分別輸入比較器(V)進(jìn)行比較，并獲得電壓誤差S;第四步，將電池誤差S分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)途徑輸入第三累加器(3)，第一途徑為電壓誤差S乘上比例系數(shù)Kp，然后再輸入第三累加器(3);第二途徑為電壓誤差S乘上積分系數(shù)Κη，并經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘上積分系數(shù)Ki2，最后輸入第三累加器(3)；第五步，第三累加器(3)將以上兩條途徑所得值進(jìn)行累加并輸入電池模型U中的第一累加器(1)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述的電池模型U的計(jì)算過(guò)程為:測(cè)得的電池電流T分成兩個(gè)途徑輸入第二累加器(2)，第一途徑為電池電流T乘以第四模型系數(shù)D后輸入第二累加器(2 );第二途徑為電池電流T乘以第二模型系數(shù)B后輸入第一累加器(1)，并經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘上第三模型系數(shù)C，最后輸入第二累加器(2)，經(jīng)過(guò)一個(gè)積分環(huán)節(jié)|再乘以第一模型系數(shù)A再輸入第一累加器(1)，第二累加器(2)處理過(guò)的數(shù)據(jù)即為計(jì)算所得電池電壓?。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述電流傳感器(P)為霍爾電流傳感器，或?yàn)榉至髌黝?lèi)可測(cè)量電流的器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述電池(Q)為鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池或鎳鉻電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述電池模型(U)為電化學(xué)模型、等效電路模型或數(shù)學(xué)模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:所述比例系數(shù)比例系數(shù)κρ、積分系數(shù)κη、積分系數(shù)κη為一維數(shù)值或多維數(shù)組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于:用于電池荷電狀態(tài)估計(jì)方法采用連續(xù)域的形式，在實(shí)際應(yīng)用中將其進(jìn)行離散化，不影響實(shí)施。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103675703SQ201310642274
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】徐俊, 曹秉剛, 王晶, 鄒忠月, 續(xù)丹 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)