一種動(dòng)力電池電荷量估算方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種動(dòng)力電池電荷量估算方法，步驟如下：Ⅰ、開路電壓法取得SOC與開路電壓的函數(shù)關(guān)系；Ⅱ、測得SOC的初值；Ⅲ、采樣和取得無跡卡爾曼濾波的SOC估算初值；Ⅳ、根據(jù)電池狀態(tài)方程和觀測方程，進(jìn)行無跡卡爾曼濾波的UT變換的Sigma點(diǎn)采樣，得到觀測量的預(yù)估值，估算動(dòng)力電池下一時(shí)刻的SOC估算值和協(xié)方差。本發(fā)明采用開路電壓法和無跡卡爾曼濾波相互配合進(jìn)行SOC估算，估算的精度高，用開路電壓法得到SOC初始值，并進(jìn)行SOC估算修正，提高了估算精度，無跡卡爾曼濾波無線性化近似過程，減少了誤差，計(jì)算速度快，提高了SOC估算效率。
【專利說明】一種動(dòng)力電池電荷量估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種動(dòng)力電池電荷量估算方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]電池管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車能源分配的關(guān)鍵組成部分，在電池管理系統(tǒng)中估算電池電荷狀態(tài)(SOC)是其關(guān)鍵技術(shù)之一。目前電動(dòng)汽車的續(xù)航里程有限，在電動(dòng)汽車行駛的過程中，需要實(shí)時(shí)根據(jù)電池的剩余電量提示駕駛員當(dāng)前的續(xù)航里程。在實(shí)際使用時(shí)，由于電動(dòng)汽車在起步、加速、勻速、減速和停車等動(dòng)作的過程中，動(dòng)力電池所對應(yīng)的電流大小是不一樣的，而且動(dòng)力電池本身的工作特性呈現(xiàn)高度非線性，再加上電池工作環(huán)境復(fù)雜和干擾嚴(yán)重。且電池電荷量SOC的實(shí)時(shí)估算受到電池電壓、溫度、電池老化程度和充放電效率等多個(gè)狀態(tài)參數(shù)的影響，因此要準(zhǔn)確地估算SOC當(dāng)前值非常困難。另外，由于電動(dòng)汽車的整車能量分配只有參考當(dāng)前SOC的大小，才能提高電池的利用率，減少能量的浪費(fèi)，從而增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，所以提高SOC的估算精確度具有很高的實(shí)際意義和研究價(jià)值，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有的SOC估算方法有很多種，主要有:開路電壓法、放電試驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、負(fù)載電壓法、內(nèi)阻法、卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。但這些電池SOC估算方法均存在一定缺陷。
[0004]開路電壓法在電池沒有工作或者電流極小的情況下，測量得到電池的端電壓，用開路端電壓與SOC關(guān)系求得S0C。開路電壓法主要是用于電池的充放電開始或者結(jié)束過程，動(dòng)力電池在靜置時(shí)的開路電壓能夠準(zhǔn)確的估算出電池SOC的大小。由于電池在實(shí)際使用過程中并不存在開路，只有在電池靜置的時(shí)候才能使用，在電池使用中動(dòng)態(tài)的情況下動(dòng)力電池的端電壓不能用來估算電池的S0C。
[0005]安時(shí)計(jì)量法通過對測量電流進(jìn)行積分，從而求得SOC大小。其不足如下:首先，利用安時(shí)計(jì)量法無法求得SOC初值；其次，安時(shí)計(jì)量法的估算精度受電流測量傳感器的精度影響很大；最后，安時(shí)計(jì)量法本身存在估算誤差累計(jì)，所以安時(shí)計(jì)量法不能單獨(dú)用于SOC估
笪
[0006]為了解決SOC估算誤差大和估算初值難的問題，2012年，羅玉濤、謝斌和何小顫在華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第40卷第12期，第79-84頁上發(fā)表文章“電動(dòng)汽車鋰離子電池組參數(shù)辨識(shí)與SOC估計(jì)”，提出了一種能修正初始誤差的電荷狀態(tài)估算方法，即采用擴(kuò)展卡爾曼濾波與安時(shí)計(jì)量法相組合的估算方法。這種方法的結(jié)合可以有效的減少由于安時(shí)計(jì)量法引起的估算誤差累積，并在估算時(shí)對SOC初值沒有太大的要求，由論文可以知道經(jīng)過一段時(shí)間SOC能夠趨近于真實(shí)值。不過這種方法存在以下的問題:首先，擴(kuò)展卡爾曼濾波中要計(jì)算復(fù)雜的雅可比矩陣，這樣會(huì)由于計(jì)算過程復(fù)雜增加估算時(shí)間；其次，要對非線性的函數(shù)進(jìn)行線性化，線性化的過程影響了估算過程的精度，也增加了估算誤差；最后，給定初值與實(shí)際值相差過大時(shí)，SOC估算誤差就會(huì)增加且比較大，并且在趨近真實(shí)的過程中耗時(shí)比較長。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)力電池電荷量估算方法，本方法使用開路電壓法和無跡卡爾曼濾波相互配合進(jìn)行SOC估算，由安時(shí)計(jì)量法和電池等效電路模型方程組合得到動(dòng)力電池的狀態(tài)方程，電池端電壓的方程為本方法的測量方程，實(shí)現(xiàn)SOC的估算。減少動(dòng)力電池SOC估算所需時(shí)間，減少因SOC初始值而引起的誤差，提聞估算精度。
[0008]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種動(dòng)力電池電荷量估算方法，具體包括如下步驟:
[0009]1、開路電壓法取得SOC與開路電壓的函數(shù)關(guān)系
[0010]電池充滿電，靜置時(shí)間T，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置電池充電或放電后達(dá)到開路端電壓穩(wěn)定的靜置時(shí)間Τ, T=50~100分鐘；至開路電壓穩(wěn)定后，測量電池開路電壓；
[0011]再對電池多次放電，每次放電使電池電量減少10%，電池放電后靜置時(shí)間T后、開路電壓穩(wěn)定，再測量電池開路電壓，依次循環(huán)，得到電池開路電壓和SOC的對應(yīng)關(guān)系，最后通過Matlab高階曲線擬合得到SOC和開路電壓的函數(shù)關(guān)系，
[0012](Uoc)k=F [SOC (k)]
[0013]式中:S0C(k)是k時(shí)刻SOC大小，(UJk為k時(shí)刻動(dòng)力電池的開路電壓。
[0014]再由上述SOC和開路電壓的函數(shù)關(guān)系建立電池開路電壓與SOC對應(yīng)的數(shù)據(jù)表。
[0015]I1、測得SOC的初值
[0016]啟動(dòng)電動(dòng)汽車前，用備用電源供電，測得啟動(dòng)前動(dòng)力電池的開路電壓，再根據(jù)步驟I所得的電池開路電壓與SOC的函數(shù)關(guān)系，由所測啟動(dòng)前開路電壓估算得到啟動(dòng)前的SOC值，以此SOC值作為以下步驟中動(dòng)力電池估算的初值。
[0017]當(dāng)取得電池開路電壓與SOC對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，通過查表由所測啟動(dòng)前開路電壓估算得到啟動(dòng)前的SOC值。
[0018]II1、采樣和取得SOC估算初值
[0019]本發(fā)明的動(dòng)力電池等效電路模型為極化電容和極化電阻并聯(lián)的阻容電路串聯(lián)動(dòng)力電池開路電壓Uf電容Cpb和電池內(nèi)阻Rtl，連接負(fù)載后電路中總電流為I。電容Cpb模擬電池吸收和放出電量的特性，并隨著時(shí)間的積累而產(chǎn)生開路電壓Uoc變化。
[0020]安時(shí)計(jì)量法計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)力電池電荷量估算方法，具體包括如下步驟: 1、開路電壓法取得SOC與開路電壓的函數(shù)關(guān)系 電池充滿電，靜置時(shí)間τ，T=50~100分鐘，至開路電壓穩(wěn)定后，測量電池開路電壓；再對電池多次放電，電池放電后靜置時(shí)間T后、開路電壓穩(wěn)定，再測量電池開路電壓，依次循環(huán)，得到電池開路電壓和SOC的對應(yīng)關(guān)系，最后通過Matlab高階曲線擬合得到SOC和開路電壓的函數(shù)關(guān)系，
(Uoc)k=F [SOC (k)] 式中:S0C(k)是k時(shí)刻SOC大小，(UJk為k時(shí)刻動(dòng)力電池的開路電壓； I1、測得SOC的初值 啟動(dòng)電動(dòng)汽車前，用備用電源供電，測得啟動(dòng)前動(dòng)力電池的開路電壓，再由步驟I所得的電池開路電壓與SOC對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，由所測啟動(dòng)前開路電壓估算得到啟動(dòng)前的SOC值，以此SOC值作為以下步驟中動(dòng)力電池估算的初值； II1、采樣和取得無跡卡爾曼濾波的SOC估算初值 動(dòng)力電池等效電路模型為極化電容和極化電阻并聯(lián)的阻容電路串聯(lián)動(dòng)力電池開路電壓u0c、電容Cpb和電池內(nèi)阻Rtl，連接負(fù)載后電路中總電流為I，電容Cpb模擬電池吸收和放出電量的特性，并隨著時(shí)間的積累而產(chǎn)生開路電壓Uoc變化； 根據(jù)上述動(dòng)力電池等效模型和安時(shí)計(jì)量法所得公式，對動(dòng)力電池充放電效率進(jìn)行辨識(shí)，離散化后的動(dòng)力電池的狀態(tài)方程和觀測方程如下: 動(dòng)力電池狀態(tài)方程:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池電荷量估算方法，其特征在于: 所述步驟I開路電壓法取得SOC與開路電壓的函數(shù)關(guān)系時(shí)，電池充滿電后對電池多次放電時(shí)，每次放電使電池電量減少10%，電池放電后靜置時(shí)間T后、開路電壓穩(wěn)定，再測量電池開路電壓，依次循環(huán)，得到電池開路電壓和SOC的對應(yīng)關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力電池電荷量估算方法，其特征在于: 由SOC和開路電壓的函數(shù)關(guān)系，建立電池開路電壓與SOC對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中第一列A列為SOC的十位數(shù)除以10,第一行B行為SOC的個(gè)位和十分位數(shù)乘以10,其余的行和列中是對應(yīng)A、B的SOC值的開路電壓值Uoc，S0C=A*10+B*0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池電荷量估算方法，其特征在于:所述步驟IV -1中協(xié)方差Ptl取值如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池電荷量估算方法，其特征在于:所述步驟IV -3中擾動(dòng)噪聲協(xié)方差矩陣Qk取值如下
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池電荷量估算方法，其特征在于:所述步驟IV -4中測量噪聲協(xié)方差矩陣R的取值如下`0.01 < R ≤ 4。
【文檔編號】G01R31/36GK103675706SQ201310680956
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張向文, 周俊趙, 許勇, 黨選舉, 伍錫如, 莫太平, 潘明, 任風(fēng)華 申請人:桂林電子科技大學(xué)