一種串聯(lián)電池組功率狀態(tài)sop的在線估計(jì)方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是電池管理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種串聯(lián)電池組功率狀態(tài)SOP的在線估計(jì)方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]SOP為描述電池最大充放電能力的參數(shù)，用于確定對電池的最大輸入和負(fù)載的最大輸出功率，避免對電池濫用，以及確定如電動汽車的加速爬坡性能和再生制動能力等。
[0003]電池SOP預(yù)測是電池管理系統(tǒng)研究中一個新領(lǐng)域。國內(nèi)外關(guān)于電池SOP估計(jì)的方法主要已有:美國下一代汽車聯(lián)盟(PNGV)提出了用脈沖放電(Hybrid Pulse PowerCharacteristics, HPPC)法來估算電池的最大充放電能力；基于電池的動態(tài)電化學(xué)模型來精確預(yù)測下一采樣點(diǎn)電池的SOP的方法；采用了擴(kuò)展卡爾曼濾波來估計(jì)電池的SOP的方法等。現(xiàn)有方法，大多只考慮了電池電壓閾值對電池SOP的限制，而忽略了電流閾值對電池峰值功率的限制；同時，對電池的單步SOP和多步SOP采用了相同的方法進(jìn)行預(yù)測，沒有能夠合理利用電池電壓、電流的實(shí)時采樣值，從而限制了電池單步SOP的預(yù)測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了提供一種串聯(lián)電池組功率狀態(tài)SOP的在線估計(jì)方法及其應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種串聯(lián)電池組功率狀態(tài)SOP的在線估計(jì)方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1、執(zhí)行基于電池等效電路模型中的電池參數(shù)及對電池等效電路模型中未涵蓋電池效應(yīng)進(jìn)行綜合模擬的電池參數(shù)的遞推在線辨識；
[0007]步驟2、執(zhí)行基于電壓限制和在線辨識出的電池參數(shù)的下一時刻的電池SOP計(jì)算；
[0008]步驟3、執(zhí)行基于電壓限制和在線辨識出的電池參數(shù)的下一時刻以后時刻的電池SOP計(jì)算；
[0009]步驟4、執(zhí)行基于電流限制和在辨識計(jì)出的電池參數(shù)的下一時刻的電池SOP計(jì)算；
[0010]步驟5、執(zhí)行基于電流限制和在線辨識出的電池參數(shù)的下一時刻以后時刻的電池SOP計(jì)算；
[0011 ] 步驟6、綜合步驟2-5計(jì)算出的下一時刻的電池SOP以及以后時刻的電池S0P，實(shí)現(xiàn)對基于電壓限制和電流限制綜合的電池SOP的在線估計(jì)。
[0012]所述步驟I中的電池等效電路模型為Thevenin模型，所述電池等效電路模型中的電池參數(shù)包括電池的開路電壓V。。、電池的直流內(nèi)阻Rin、用于模擬電池的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的RC回路中的電阻Rp和電容C p，在時刻k所述電池等效電路模型中未涵蓋電池效應(yīng)進(jìn)行綜合模擬的電池參數(shù)為白噪聲的滑動平均值所構(gòu)建的在電池等效電路模型的輸出端添加的有色噪聲wk。
[0013]所述步驟I中的遞推在線辨識的方法為基于遞推擴(kuò)展最小二乘法的在線辨識方法，具體包括如下步驟:
[0014]步驟101、按公式 rTk= [I Ik(Ik-1kl)Mt (Vt,k-Vt,k D/Δ t nk n nc]計(jì)算時亥Ijk輸入向量的遞推值Γ，其中，Γ'= Γ τ2 =…=Γ Tnc= Γ。，Γ。為給定的初始值，1、V方通過傳感器采樣的電池的電流(充電時為負(fù)，放電時為正)、端電壓，下標(biāo)k代表第k時刻、k-Ι代表第k-Ι時刻，Δ t為第k時刻和第k-Ι時刻間的時間，nk n…、nk n。分別為前一時刻k-Ι、前nc時刻k-nc的隨機(jī)誤差；
[0015]步驟102、按公式 Pk= [Pk fPk ! Γ k Γ TkPk ^ ( λ + Γ TkPk ! Γ k) ] / λ 更新第 k 時刻的增益因子匕，其中，下標(biāo)k、k-l分別代表第k時刻和k-Ι時刻，λ為遺忘因子(通常取值區(qū)間為0.95?I)；
[0016]步驟103、按公式Ok= Ok !+PkTk[Vtjk-rTk0k J計(jì)算第k時刻的待辨識參數(shù)向量Ok;
[0017]步驟104、在k+Ι時刻電池的電流I和端電SVt采樣值更新后，按公式n k+1 ,= Vt,k+i Γ Tk+1 x0k+1 x (i = 1,2,3,…，nc)更新當(dāng)前時刻以前的nc個時刻的隨機(jī)誤差，將k用k+Ι代替，返回步驟101，實(shí)現(xiàn)遞推。
[0018]步驟105、利用在步驟101?104遞推計(jì)算中獲得待辨識參數(shù)向量(\中的元素O hk、02,k、03,k、04,k，分別按公式 Vdc= OhloRin= O 3,k/04,k、Rp= -02,k_03,k/04,k、Cp= O 4,k2/(02,k04,k+03,k)計(jì)算出電池等效電路模型中的電池開路電壓V。。、直流內(nèi)阻Rin、RC電路中的Rp和C p。
[0019]所述步驟2具體包括如下步驟:
[0020]步驟201、按公式Vp, k= V pc-Vt, k_IkRin+wk計(jì)算當(dāng)前時刻k的電池極化電壓V p, k，其中，Voc, Rin和W k分別為在所述步驟I中在線辨識的電池開路電壓、直流內(nèi)阻、有色噪聲，V t,#口 I k為由傳感器測量得到的電池端電壓和通過電池的電流；
[0021]步驟202、按公式 Vp,k+1= e At/Rp/CpVp, k+(1-e At/Rp/Gp) RpIk估計(jì)下一時刻 k+1 的電池極化電壓Vp,k+1，其中，RP、CP分別為所述步驟I中在線識別的用于模擬電池的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的RC回路中的電阻、電容，Δ t為下一時刻k+Ι與當(dāng)前時刻k之間的時間；
[0022]步驟203、按wk+1= Γ Tk0k估計(jì)下一時刻的有色噪聲w k+1，其中，Γ Tk、0k分別為所述步驟I中計(jì)算出的時刻k輸入向量的遞推值、待辨識參數(shù)向量；
[0023]步驟204、分別按公式 Ichrg'ma\+1= (Voc-Vp,k+1-Vnax+wk+1)/Rin,嚴(yán)一k+l= (Voc-Vp,k+1_V_+wk+1) /Rin計(jì)算下一時刻k+1不超過電池允許最高電壓V_的最大充電電流I ~’_k+1、不超過電池允許最低電壓V-的最大放電電流I —g’_k+1;
[0024]步驟205、按下式計(jì)算出基于電壓限制的下一時刻k+Ι的電池SOP:
[0025]S0Pv’shortchargg, k+1= V _rhrg’_k+1;
[0026]SOPv' shortdlscharge, k+1 = V ninIdlschrB' _k+1。
[0027]所述步驟3具體包括如下步驟:
[0028]步驟301、按公式 Vp,k+1= e At/Rp/CpVp, k+(1-e At/Rp/Gp) RpIk估計(jì)下一時刻 k+1 的電池極化電壓Vp,k+1，其中，RP、CP分別為所述步驟I中在線識別的用于模擬電池的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的RC回路中的電阻、電容，Δ t為下一時刻k+Ι與當(dāng)前時刻k之間的時間；
[0029]步驟302、分別按公式 Ichrg’_k+1= (V oc-Vp, k+1-Vn J/Rin^ Idlschrg'ma\+1= (Vcic-Vp,k+1_V_)/Rin計(jì)算下一時刻k+1不超過電池允許最高電壓￥_的最大充電電流1-g’_k+1、不超過電池允許最低電壓V-的最大放電電流I —g’_k+1;
[0030]步驟303、令k = k+Ι，重復(fù)步驟301和步驟302，則可在沒有其他輸入的情況下計(jì)算出當(dāng)前時刻以后η個時刻的不超過電池允許最高電壓乂_的最大充電電流I &g’_k+1、不超過電池允許最低電SV_的最大放電電流I d—a\+1，其中，i = I?η ;進(jìn)而按下式計(jì)算出基于電壓限制的下一時刻以后時刻的電池SOP:
[0031]SOPv'lonBcharge,k+]= vnaxrh?k+];
[0032]SOPv, lonBdlscharge, k+J = V _I—rg’ _k+];
[0033]其中，下標(biāo)中的k代表當(dāng)前時刻、k+j代表當(dāng)前時刻以后的j(j = 1，2，…，η)。
[0034]所述步驟4具體包括如下步驟:
[0035]步驟401、按公式Vp, k= V。。-Vt, k_IkRin+w3+算當(dāng)前時刻k的電池極化電壓V p, k，其中，Voc, Rin和w k分別為在所述步驟I中在線辨識的電池開路電壓、直流內(nèi)阻、有色噪聲，V t,#口 I k為由傳感器測量得到的電池端電壓和通過電池的電流；
[0036]步驟402、按公式 Vp,k+1= e At/Rp/CpVp, k+(1-e At/Rp/Gp) RpIk估計(jì)下一時刻 k+1 的電池極化電壓Vp,k+1，其中，RP、CP分別為所述步驟I中在線識別的用于模擬電池的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的RC回路中的電阻、電容，Δ t為下一時刻k+Ι與當(dāng)前時刻k之間的時間；
[0037]步驟403、按wk+1= Γ Tk0k估計(jì)下一時刻的有色噪聲w k+1，其中，Γ Tk、0k分別為所述步驟I中計(jì)算出的時刻k輸入向量的遞推值、待辨識參數(shù)向量；
[0038]步驟404、分別按公式 Vchrg, _k+1= V oc-Vp, k+「I_Rin+wk+1、Vdlschrg' _k+1= V oc_Vp,k+「I_Rin+wk+1計(jì)算下一時刻k+1不超過電池允許最大充電電流i_的最高電壓v~’_k+1、不超過電池允許最大放電電流1_的最低電壓V dlschrB'mink+1；
[0039]步驟405、按下式計(jì)算出基于電流限制的下一時刻k+Ι的電池SOP:
[0040]SOftcharg^1= IainVc 一 k+1;
[0041 ] SOP1’ shortdlscharge, k+1 = I 隨Vdlschrg, mink+1。
[0042]所述步驟5具體包括如下步驟:
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