本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，主要是涉及一種18650商用鋰電池管理系統(tǒng)，具體地講，是涉及一種soc-soh聯(lián)合在線實(shí)時(shí)估計(jì)和在線修正方法。

背景技術(shù)：

鋰電池由于能量密度高、自放電流小、可正常使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)被用作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。但同時(shí)因?yàn)殇囯姵夭荒苓M(jìn)行過(guò)量地充放電，否則會(huì)對(duì)鋰電池造成不可逆的損傷。因此如何快速準(zhǔn)確地確定鋰電池的工作狀態(tài)是鋰電池管理系統(tǒng)(lbms,lithiumbatterymanagementsystem)關(guān)鍵技術(shù)之一。且該系統(tǒng)性能的好壞直接影響電池電動(dòng)汽車的運(yùn)行質(zhì)量。

鋰電池狀態(tài)中最為重要的兩個(gè)狀態(tài)：荷電狀態(tài)(soc,stateofcharge)和健康狀態(tài)(soh,stateofhealth)，其中soc反映鋰電池當(dāng)前可用電量的大小，是決定電動(dòng)汽車工作狀態(tài)(sop,stateofpower)的重要參數(shù)之一，也是控制鋰電池組之間能量均衡的重要前提，由于鋰電池組之間的差異，如果該能量的不一致性不加以考慮和消除，則會(huì)加速鋰電池老化和縮短鋰電池使用壽命；soh反映電池的老化程度，soh的估計(jì)直接影響了對(duì)鋰電池組是否進(jìn)行更新的決策。

荷電狀態(tài)soc直接反映鋰電池當(dāng)前剩余電量，在已發(fā)表的科技文獻(xiàn)和已公開(kāi)的soc方法中，比較常見(jiàn)的方法包括安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法、加權(quán)混合法和一些基于控制論的方法，如卡爾曼濾波及其變形、h∞和滑模等觀測(cè)器。安時(shí)積分法嚴(yán)重依賴測(cè)量精度，否則導(dǎo)致誤差傳播。由于鋰電池的遲滯效應(yīng)導(dǎo)致開(kāi)路電壓法不能滿足實(shí)時(shí)性要求?？柭鼮V波或基于觀測(cè)器的方法中存在矩陣求逆矩等矩陣運(yùn)算對(duì)運(yùn)算芯片有較高的速度和資源要求。對(duì)復(fù)雜工況，基于粒子濾波的預(yù)測(cè)校正方法是近年來(lái)比較穩(wěn)定和簡(jiǎn)潔的算法。但標(biāo)準(zhǔn)的粒子濾波存在粒子退化等問(wèn)題。

健康狀態(tài)soh反映鋰電池老化效應(yīng)的程度，目前行業(yè)中并沒(méi)有對(duì)soh進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)定義，采用電池內(nèi)阻的定義方法容易受溫度的影響，溫度高時(shí)內(nèi)阻定義的soh小，溫度低時(shí)內(nèi)阻定義的soh大，通常利用伏安法直接測(cè)量soh。多數(shù)文獻(xiàn)和同類發(fā)明大都采用電容定義，將電池看做為一個(gè)大電容，但該種方法難以在線實(shí)時(shí)計(jì)算soh。利用eis實(shí)驗(yàn)可直接算出精確的soh，該方法只適合在實(shí)驗(yàn)室研究時(shí)測(cè)量。

由于鋰電池的鋰離子活性受環(huán)境溫度影響較大，因此在不同溫度下，鋰電池內(nèi)部參數(shù)可能發(fā)生變化。由于鋰電池內(nèi)部復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度影響的精確建模。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射方法能很好地估計(jì)溫度對(duì)soc和soh的影響程度。但需要大量的數(shù)據(jù)做支撐且依靠強(qiáng)有力的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)，這些無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。采用經(jīng)驗(yàn)公式可以很好地解決溫度變化所帶來(lái)的影響。

由于鋰電池的多次充放電過(guò)后，副反應(yīng)的累積效應(yīng)體現(xiàn)在電極活性降低和固體電解質(zhì)界面膜的加厚，從而引起鋰電池等效電路模型參數(shù)的漂移甚至模型失效。多次充放電后，庫(kù)侖效率降低，模型在充放電過(guò)程中參數(shù)不能保持一致。因此對(duì)模型參數(shù)的在線修正對(duì)soc和soh估計(jì)不可缺少，從而保證lbms的性能和延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命。

綜上所述，在線快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)鋰電池狀態(tài)參數(shù)和模型參數(shù)估計(jì)和優(yōu)化修正是lbms的重要基礎(chǔ)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)巧妙、能夠同時(shí)滿足在線性和實(shí)時(shí)性兩大要求的soc-soh聯(lián)合在線實(shí)時(shí)估計(jì)和在線修正方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種soc-soh聯(lián)合在線實(shí)時(shí)估計(jì)和在線修正方法，包括如下步驟：

(s100)在線估計(jì)電池的荷電狀態(tài)soc：利用adc信號(hào)采集模塊從充放電預(yù)估計(jì)模塊采集已充或已放的荷電總量c，然后在利用adc信號(hào)采集模塊采集電池組的三元組信號(hào)θ＝{uload,i,t}，然后根據(jù)鋰電池等效電路模型及其對(duì)應(yīng)參數(shù)和利用θ重建電池當(dāng)前的狀態(tài)h，并根據(jù)θ和h估計(jì)當(dāng)前電池的荷電狀態(tài)soc，根據(jù)測(cè)量校正的反饋原理和利用q得出消除噪聲干擾的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)其中，uload為端電壓，i為電流，t為電池所在環(huán)境溫度；

(s200)在線估計(jì)電池的健康狀態(tài)soh：利用二元組信號(hào)序列和根據(jù)電池特征選擇電池健康狀態(tài)最具有代表性的指標(biāo)其中，

根據(jù)公式進(jìn)行soc與soh聯(lián)合估計(jì)；

(s300)電池等效電路模型參數(shù)在線校正：分別對(duì)充電過(guò)程校正和放電過(guò)程校正，采用可調(diào)恒流電源校正充電過(guò)程中的參數(shù)和可調(diào)恒流電子負(fù)載修正放電過(guò)程中的參數(shù)；利用不同幅度和不同寬度的矩形波電流激勵(lì)信號(hào)i^e(t)對(duì)電池等效電路模型的系統(tǒng)函數(shù)響應(yīng)的端電壓信號(hào)不一致的性質(zhì)，根據(jù)i^e(t)，i^e(t)和等效電路模型校正其參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟(s100)的充放電預(yù)估計(jì)模塊的采集過(guò)程包括：

先把電流信號(hào)i(t)通過(guò)霍爾電流傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)vh(t)，

再將vh(t)通過(guò)積分電路轉(zhuǎn)化為積分信號(hào)

然后將該積分信號(hào)通過(guò)反相放大器線性放大到adc信號(hào)采集模塊采集的有效電壓范圍內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述adc信號(hào)采集模塊，在電池充放電過(guò)程中采集ut，i，t和c共四路信號(hào)，同時(shí)在在參數(shù)校正過(guò)程中采集激勵(lì)信號(hào)i^e(t)和系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)

進(jìn)一步地，所述鋰電池等效電路模型包含不同溫度下soc和ocv之間的特征曲線ocv＝f(soc,t)，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)為γ(li,rj,ck)，

該特征曲線由在不同溫度下對(duì)單個(gè)18650鋰電池組在離線狀態(tài)下進(jìn)行開(kāi)路電壓實(shí)驗(yàn)并獲取到，其中溫度測(cè)試范圍為-20℃～50℃，以5℃為一個(gè)溫度間隔；soc范圍設(shè)定為5％～95％，3％為一個(gè)soc間隔；頻率測(cè)試范圍0.001hz～1mhz；

并通過(guò)不同溫度下對(duì)單個(gè)18650鋰電池組在離線狀態(tài)下進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜eis測(cè)試，對(duì)同一批鋰離子電池組進(jìn)行該eis實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)中的隨機(jī)誤差，通過(guò)對(duì)電化學(xué)阻抗譜的分析，得出該鋰電池等效電路的結(jié)構(gòu)與初始參數(shù)；分析不同溫度下的電化學(xué)阻抗譜得出溫度對(duì)鋰電池等效電路模型參數(shù)的影響，并利用經(jīng)驗(yàn)公式的方法修正溫度對(duì)模型參數(shù)的影響；

所述特征曲線滿足公式：

ocv(soc(t),t(t))＝ocv0(soc(t))+t(t)ocvcorr(soc(t))，

其中，ocv0(soc(t))為0℃下soc-ocv的關(guān)系式，t(t)為溫度，單位為k，ocvcorr(soc(t))為溫度校正因子；

其在恒定溫度t下soc-ocv關(guān)系函數(shù)滿足下列公式：

進(jìn)一步地，所述鋰電池等效電路模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)γ(li,rj,ck)由不同溫度t和不同soc的eis所確定，根據(jù)在溫度為25℃和soc為50％的eis數(shù)據(jù)分析，以帶有瓦爾堡阻抗的pgnv等效電路模型代替18650鋰電池的物理化學(xué)變化，其中瓦爾堡阻抗用一個(gè)單獨(dú)并聯(lián)的rc網(wǎng)絡(luò)替代，

所述帶有瓦爾堡阻抗的pgnv模型的系統(tǒng)方程如下式表示：

其中uocv為所述的開(kāi)路電壓，uload為端電壓，iload為端電流，rel為電極電阻，udl為雙層電壓，cdl為雙層電容，ub為擴(kuò)散電壓，cb為擴(kuò)散電容，rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，ict為電荷轉(zhuǎn)移電流，cw與rw為瓦爾堡阻抗參數(shù)，

該帶有瓦爾堡阻抗的pgnv模型被變換為二階微分積分方程組后的等式如下：

其中

進(jìn)一步地，將所述帶有瓦爾堡阻抗的pgnv模型變換為離散形式，

所述(1)式改寫為：

為保證高精度和魯棒性，所述(2)式改寫為其中并利用四階精度的龍格庫(kù)塔法將該方程改寫為如下離散方程：

其中

考慮瓦爾堡阻抗為理想阻抗且只受電流信號(hào)的頻率所影響，根據(jù)eis實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，cdl與rct受t與soc影響較大，因此對(duì)t與soc的魯棒性差，而cb與rel對(duì)溫度與soc不敏感，因此對(duì)t與soc的魯棒性強(qiáng)。

進(jìn)一步地，針對(duì)18650鋰電池的等效pgnv電路模型的部分參數(shù)對(duì)t與soc的魯棒性差，對(duì)所述鋰電池等效電路模型采用利用如下經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)其實(shí)時(shí)校正：

進(jìn)一步地，考慮在實(shí)際應(yīng)用中鋰電池發(fā)生老化的現(xiàn)象造成傳統(tǒng)的soc定義不會(huì)到達(dá)100％，在校正時(shí)重新定義soc：

其中ci為當(dāng)且僅當(dāng)soc＝100％時(shí)鋰電池的電荷總量；i(t)為負(fù)載電流，充電為負(fù)電流，放電為正電流；η為庫(kù)侖效率，充電時(shí)η<1，放電時(shí)η＝1，

并采用如下方法確定庫(kù)侖效率η的值：確定基準(zhǔn)為

并修正在溫度t時(shí)，

進(jìn)一步地，采用基于雙觀測(cè)器的輔助粒子濾波進(jìn)行預(yù)測(cè)校正，其中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

soc(k+1)＝fk(soc(k))+wk，

端電壓測(cè)量方程為：

uload(k+1)＝hk(soc(k+1))+vk，

利用積分獲取電流積分的測(cè)量方程：

由此對(duì)測(cè)量噪聲實(shí)現(xiàn)無(wú)偏估計(jì)。

進(jìn)一步地，所述cdl與rct可由經(jīng)驗(yàn)公式校正，但隨著充放電次數(shù)增加，電池固體電解質(zhì)膜的厚度開(kāi)始增加和實(shí)際最大容量減少，可以被視為電池電容cb減小與電極電阻rel增大；

并采用激勵(lì)信號(hào)加響應(yīng)信號(hào)的方式對(duì)電池進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，從端電壓的衰減和電流的變化在線對(duì)cb和rel修正。

本發(fā)明方法采用的系統(tǒng)包括：soc硬件預(yù)估計(jì)模塊，利用霍爾電流傳感器將大電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為低電壓信號(hào)，將該信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶通濾波器進(jìn)行噪聲濾波，然后將濾波過(guò)后的信號(hào)送入一個(gè)rc積分器間接實(shí)現(xiàn)對(duì)電流信號(hào)的積分，由adc采集到的積分信號(hào)送給mcu芯片實(shí)現(xiàn)校正；鋰電池等效電路參數(shù)校正模塊，該模塊包含一個(gè)方波脈沖開(kāi)關(guān)電流源和一個(gè)可控電子負(fù)載，利用方波脈沖開(kāi)關(guān)電流源或電子負(fù)載對(duì)鋰電池組進(jìn)行充電或者放電測(cè)試，利用adc采集電池組的端電壓，根據(jù)充電或者放電曲線的輸入響應(yīng)，校正充放電過(guò)程中電池等效模型的參數(shù)。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于：其一，利用電化學(xué)阻抗測(cè)試分析鋰電池等效電路模型和消除溫度對(duì)模型影響的經(jīng)驗(yàn)公式；

并在不同溫度下對(duì)鋰電池進(jìn)行充放電測(cè)試實(shí)驗(yàn)：一方面獲取開(kāi)路電壓ocv與電荷狀態(tài)soc的特性曲線，同時(shí)利用不同溫度下曲線數(shù)據(jù)擬合出溫度對(duì)特征曲線的修正公式，另一方面記錄過(guò)程中充放電電流方便得出庫(kù)倫效率及其溫度校正參數(shù)。

其二，采用基于雙觀測(cè)器的輔助粒子濾波算法對(duì)鋰電池的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)校正。

盡管改進(jìn)后的粒子濾波對(duì)初始值不敏感，但收斂時(shí)間的長(zhǎng)短卻依賴于初始值與真實(shí)值的差異。為加快算法的收斂時(shí)間，利用粒子群優(yōu)化思想對(duì)初始值進(jìn)行優(yōu)化。在充放電剛開(kāi)始的1～2秒視為初始值的優(yōu)化時(shí)間段，將基于測(cè)量的ocv的估計(jì)值視為真實(shí)值，根據(jù)soc-ocv特征曲線建立適應(yīng)度函數(shù)。

針對(duì)18650鋰電池的eis所建立的帶有瓦爾堡阻抗pgnv等效電路模型，該模型中有兩個(gè)重要的參數(shù)，電池電感cb和電極電阻rel受電池老化作用比較明顯，利用脈沖電流信號(hào)對(duì)電池進(jìn)行充放電得到系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)響應(yīng)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)和基于非線性最小二乘法實(shí)現(xiàn)對(duì)cb和rel的修正。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明對(duì)鋰電池狀態(tài)估計(jì)準(zhǔn)確，并在線估計(jì)，實(shí)時(shí)性高，同時(shí)也是在線修正，充分挖掘測(cè)量數(shù)據(jù)所能提供的信息從而保證了估計(jì)方法的穩(wěn)定性和可靠性，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，并且本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，準(zhǔn)確性高，運(yùn)行可靠溫度，具有廣泛的應(yīng)用前景，適合推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中soc-soh聯(lián)合估計(jì)和參數(shù)校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中18650鋰電池在不同溫度下的ocv-soc特征曲線示意圖。

圖3為本發(fā)明中18650鋰電池電化學(xué)阻抗譜示意圖。

圖4為本發(fā)明中帶有瓦爾堡阻抗的pgnv模型的電路原理圖。

圖5為本發(fā)明中在恒定溫度為20℃，pgnv模型參數(shù)與soc的變化關(guān)系。

圖6為本發(fā)明中在soc為50％下，pgnv模型參數(shù)與溫度的變化關(guān)系。

圖7為本發(fā)明中充放電系統(tǒng)預(yù)估計(jì)模塊的電路圖。

圖8為本發(fā)明中可編程的大電流電流源的電路圖。

圖9為本發(fā)明中可編程的恒流電子負(fù)載的電路圖。

圖10為本發(fā)明中動(dòng)態(tài)測(cè)試端電壓隨時(shí)間的變化。

圖11為本發(fā)明中動(dòng)態(tài)測(cè)試負(fù)載電流隨時(shí)間的變化。

圖12為本發(fā)明中基于mcmc輔助粒子濾波的soc與真實(shí)值的比較。

圖13為本發(fā)明中soc的估計(jì)誤差的隨時(shí)間的收斂性。

圖14為本發(fā)明中充放電時(shí)系統(tǒng)的電流激勵(lì)信號(hào)。

圖15為本發(fā)明中充放電時(shí)系統(tǒng)的端電壓響應(yīng)信號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。

首先對(duì)發(fā)明中涉及到的符號(hào)進(jìn)行解釋如下表格：

實(shí)施例

如圖1至圖15所示，本發(fā)明中關(guān)于soc與soh聯(lián)合在線估計(jì)和在線修正方法的步驟按如下步驟進(jìn)行：

s1，在不同的恒定溫度下，進(jìn)行電池soc-ocv充放電實(shí)驗(yàn)獲取soc-ocv的特征曲線，根據(jù)曲線找出最合適的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)18650鋰電池特征曲線(如圖2所示)的最佳經(jīng)驗(yàn)公式為：

然后對(duì)溫度給特征曲線帶來(lái)的影響進(jìn)行修正，其修正公式為：

ocv(soc(t),t(t))＝ocv0(soc(t))+t(t)ocvcorr(soc(t))

上式中ocv0(soc(t))為0℃下soc-ocv的關(guān)系式，t(t)為溫度，單位為k，ocvcorr(soc(t))為溫度校正因子。

s2，與此同時(shí)利用上述實(shí)驗(yàn)中不同溫度下的充放電數(shù)據(jù)計(jì)算出鋰電池的初始庫(kù)倫效率，本發(fā)明采用如下方法獲取在25℃下充電時(shí)η的值：

采用如下公式修正在溫度t時(shí)的η：

s3，對(duì)同一批鋰離子電池組進(jìn)行該eis實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)中的隨機(jī)誤差。通過(guò)對(duì)電化學(xué)阻抗譜的分析，得出等效電路的結(jié)構(gòu)與初始參數(shù)。溫度測(cè)試范圍為-20℃～50℃，5℃為一個(gè)溫度間隔；頻率測(cè)試范圍0.001hz～1mhz。分析不同溫度下的電化學(xué)阻抗譜得出溫度對(duì)鋰電池等效電路模型參數(shù)的影響，并利用經(jīng)驗(yàn)公式的方法修正溫度對(duì)模型參數(shù)的影響。根據(jù)對(duì)18650鋰電池的eis分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)帶有瓦爾堡阻抗(warburg)的pgnv模型(如圖3所示)能很好地近似eis。瓦爾堡阻抗可以用一個(gè)單獨(dú)并聯(lián)的rc網(wǎng)絡(luò)替代。進(jìn)一步分析不同溫度和不同soc下的eis，發(fā)現(xiàn)cb和rel不隨soc或溫度的變化而發(fā)生改變，但cdl與rct受溫度與soc的影響較大，本發(fā)明經(jīng)過(guò)大量仿真加實(shí)驗(yàn)表明如下經(jīng)驗(yàn)公式可很好地描述soc或溫度對(duì)cdl與rct的修正描述：

s4，根據(jù)鋰電池等效電路模型和基爾霍夫電壓電流定律建立方程，對(duì)18650鋰電池的pgnv模型有如下鋰電池系統(tǒng)方程：

式中利用具有4階精度的龍格庫(kù)塔法求解上述方程組：

上式中

s5，結(jié)合s1中的soc-ocv的特征曲線方程和s4中的鋰電池系統(tǒng)方程并寫為測(cè)量方程：

uload(k+1)＝hk+1([soc(k+1)，soh(k+1)])+vk+1。

s6，對(duì)于如何確定測(cè)量過(guò)程中的高斯白噪聲vk+1～n(0，v²)，本發(fā)明利用電流積分信號(hào)的測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差的無(wú)偏估計(jì)，計(jì)算公式為：

根據(jù)誤差理論分析可知，鋰電池狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的過(guò)程噪聲的無(wú)偏估計(jì)可由如下公式計(jì)算：

s7，本發(fā)明考慮在實(shí)際應(yīng)用中鋰電池發(fā)生老化的現(xiàn)象造成傳統(tǒng)的soc定義不會(huì)到達(dá)100％，故本發(fā)明采用如下公式重新定義soc：

式中cnominal為當(dāng)且僅當(dāng)soc＝100％時(shí)鋰電池的電荷總量；i(t)為負(fù)載電流，充電為負(fù)電流，放電為正電流。

并將上式改寫如下離散的鋰電池狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：

[soc(k+1)，soh(k+1)]＝fk([soc(k)，soh(k)])+wk

令xk＝[soc(k)，soh(k)]，zk+1＝uload(k+1)，將測(cè)量方程與狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程改寫為如下方程組：

因?yàn)橐獙?duì)狀態(tài)方程進(jìn)行初始化，盡管基于雙觀測(cè)器的輔助粒子濾波的soc-soh的聯(lián)合估計(jì)器不依賴于初始值但其初始值的好壞會(huì)影響其soc-soh的估計(jì)值。

s8，本發(fā)明采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)初始值進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)，將其充放電的前1～2s作為獲取初始值的時(shí)間，其步驟如下：

s8-1，建立適應(yīng)度函數(shù)f(x)

上式中hht為其測(cè)量的端電壓值；

s8-2，初始化粒子群的位置并找出全局最優(yōu)粒子的位置，和把付給歷史最優(yōu)li，同時(shí)初始化粒子群的速度

s8-3，計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)值，更新個(gè)體最優(yōu)解，更新全局最優(yōu)解；

s8-4，按照如下公式更新粒子的位置與速度：

速度更新：

上式中

本發(fā)明中c1＝c2＝2.1,為粒子適應(yīng)值的均值，為粒子適應(yīng)值的最小值；

位置更新：

s8-5，判斷粒子進(jìn)化次數(shù)是否小于設(shè)定閾值t(本發(fā)明中t＝100)，如果滿足結(jié)束計(jì)算，否則跳至s8-3，再次計(jì)算；

s8-6，則輸出最佳的初始soc(0)＝g^t。

s9，進(jìn)行基于mcmc輔助粒子濾波的soc-soh估計(jì)器對(duì)soc-soh進(jìn)行預(yù)測(cè)校正：

s9-1，隨機(jī)產(chǎn)生n個(gè)關(guān)于鋰電池初始狀態(tài)的粒子，產(chǎn)生權(quán)重

s9-2，開(kāi)始執(zhí)行對(duì)第i個(gè)粒子進(jìn)行輔助采樣；

s9-3，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程計(jì)算計(jì)算輔助變量，

s9-4，根據(jù)測(cè)量方程和條件概率計(jì)算輔助權(quán)重，

s9-5，判斷i>n，若成立，結(jié)束；否則跳轉(zhuǎn)到s9-2；

s9-6，計(jì)算歸一化后的輔助權(quán)重，對(duì)輔助變量重采樣并返回父本粒子：

s10，利用父本粒子根據(jù)狀態(tài)方程和測(cè)量方法進(jìn)行mcmc采樣：

s10-1，開(kāi)始執(zhí)行對(duì)第i個(gè)粒子進(jìn)行父本觀測(cè)器采樣；

s10-2，計(jì)算父本觀測(cè)器粒子

s10-3，計(jì)算父本觀測(cè)器權(quán)重

s10-4，計(jì)算原始粒子

s10-5，產(chǎn)生接受概率pp(pp～n(0，1))；

s10-6，判斷若成立，則接受并否則拒絕

s11，判斷i>n，若成立，結(jié)束；否則跳轉(zhuǎn)到s10-2。

s12，計(jì)算歸一化后的子觀測(cè)器權(quán)重，對(duì)子觀測(cè)器變量重采樣

s13，輸出為本發(fā)明方法所估計(jì)和

圖10-11，展示了dst工作狀況下的放電模式。

圖12展示了基于雙觀測(cè)器的輔助粒子濾波的效果圖，從圖中可以看出估計(jì)的soc可以很好的逼近真實(shí)的soc。

從圖13可以看出基于雙觀測(cè)器的輔助粒子濾波的收斂時(shí)間短，估計(jì)誤差小等特點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，鋰電池老化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程。因此沒(méi)必要每時(shí)每刻地修正鋰電池等效模型參數(shù)。因此選取每次充電的時(shí)候，對(duì)電池進(jìn)行參數(shù)修正。充放電模塊電路見(jiàn)圖8和9。

選取如圖14充放電模式作為系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)按照如下步驟進(jìn)行：1)以1a恒定電流持續(xù)充電(放電)2s，靜止10s；2)以1.5a恒定電流持續(xù)充電(放電)2s，靜止10s；3)以2.0a恒定電流持續(xù)充電(放電)2s，靜止10s；4)以2.5a恒定電流持續(xù)充電(放電)2s，靜止10s；3)以3.0a恒定電流持續(xù)充電(放電)2s，靜止10s；

在充電(放電)的電流激勵(lì)信號(hào)的70s內(nèi)，每隔0.01s采取多個(gè)端電壓的值，然后取平均值作為0.01s內(nèi)的端電壓值如圖15所示。

由于充電放電的模型參數(shù)校正方法相同，本發(fā)明以充電過(guò)程模型參數(shù)校正步驟為例。

由于激勵(lì)電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間70s相對(duì)于以小時(shí)單位的鋰電池充電時(shí)間可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為這段時(shí)間內(nèi)電池的ocv保持不變，則端電壓的響應(yīng)主要由激勵(lì)電流信號(hào)產(chǎn)生。

由于電池的老化作用主要對(duì)cb和rel產(chǎn)生影響，因此參數(shù)修正也只針對(duì)cb和rel進(jìn)行修正。

在線修正方法的步驟如下所述：

sp1，將測(cè)量方程改為為激勵(lì)電流信號(hào)，為系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)也為端電壓信號(hào)β＝[cb，rel]。

sp2，則被修正過(guò)后的滿足：

sp3，選取原有cb和rel的值作為β的初始值，設(shè)置阻尼參數(shù)

sp4，并計(jì)算β的雅克比矩陣j(t)

sp5，計(jì)算差分進(jìn)動(dòng)項(xiàng)

sp6，β與dλ更新：

β(t+1)←β(t)+σ(t)

δ＝||uload-h(iload，β(t+1))||²-||uload-h(iload，β(t))||²

sp7，判斷t＞tmax或||uload-h(iload，β(t))||²＜eps成立，若成立，修正終止輸出修正值否則跳至sp2繼續(xù)執(zhí)行修正。

本發(fā)明充分利用了lbms在線測(cè)量的數(shù)據(jù)(端電壓，負(fù)載電流，環(huán)境溫度以及電流積分)，通過(guò)離線的方式獲取了溫度對(duì)電池狀態(tài)影響的修正方法實(shí)現(xiàn)了鋰電池其中兩個(gè)重要狀態(tài)參數(shù)(soc和soh)的實(shí)時(shí)在線準(zhǔn)確的估計(jì)。

與此同時(shí)，利用電池的充放電模塊對(duì)由于老化作用所以引起鋰電池等效電路模型參數(shù)的漂移實(shí)現(xiàn)了在線修正，其中包括離線狀態(tài)下，鑒別出需利用激勵(lì)信號(hào)修正的參數(shù)與利用基于eis數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式修正的參數(shù)。

本發(fā)明中針對(duì)于鋰電池的等效電路模型以及相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)修正公式是針對(duì)于商用三元鋰電池。其他型號(hào)的電池可以依據(jù)本發(fā)明的思想和eis數(shù)據(jù)對(duì)等效電路模型原理圖以及對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式做出相應(yīng)的修改。

上述的實(shí)施依照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所提出的。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。