鋰電池soc估算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池管理系統(tǒng)，特別涉及一種鋰電池 S0C(State of Charge，荷電 狀態(tài))估算方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)和新能源的興起，鋰離子電池因其具有能量密度大、輸出功率高、充 放電壽命長等優(yōu)點(diǎn)越來越多地被應(yīng)用于便攜電子設(shè)備、電動汽車、家庭儲能及空間技術(shù)等 新興技術(shù)領(lǐng)域。電池荷電狀態(tài)估計是鋰電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一，對于提高電池使用 率及延長電池使用壽命至關(guān)重要。目前，電池管理系統(tǒng)S0C估算中主要采用電流積分法，由 于該電流積分法是一個純積分環(huán)節(jié)，無法消除S0C初始誤差，并且電流測量中所產(chǎn)生的累計 誤差隨著運(yùn)行時間的增加而不斷增加，因此精度較低，特別是在高溫條件或者電流波動劇 烈的情況下，誤差更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中采用電流積分法對鋰電池 S0C進(jìn) 行估算時存在的無法消除S0C初始誤差，并且電流測量中所產(chǎn)生的累計誤差隨著運(yùn)行時間 的增加而不斷增加等缺陷，提供一種鋰電池 S0C估算方法及系統(tǒng)，該方法采用非線性滾動時 域估計法對鋰電池 S0C進(jìn)行在線實(shí)時估算。
[0004] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：
[0005] 本發(fā)明提供了一種鋰電池 S0C估算方法，其特點(diǎn)在于，其包括以下步驟：
[0006 ] Si、確定鋰電池等效電路中各電路參數(shù)與S0C的函數(shù)關(guān)系；
[0007] s2、基于該函數(shù)關(guān)系建立離線模型；
[0008] S3、基于該離線模型建立用于S0C在線估計的非線性狀態(tài)空間模型；
[0009] S4、利用非線性滾動時域估計法對該非線性狀態(tài)空間模型中的S0C進(jìn)行在線估計 以獲得S0C估計值。
[0010] 較佳地，該些電路參數(shù)包括:開路電壓VQC、歐姆內(nèi)阻R〇、極化電阻辦和等效電容Cu
[0011] 較佳地，該離線模型為：
[0013] Vb = V〇c-IR〇-Vi
[0014] 對于一個采樣周期△ t內(nèi)，上述關(guān)系式的離散化形式表示為：
[0016] Vb,k = V〇c,k_IkR〇,k_Vi,k
[0017] 其中，時間常數(shù)Tk = RkCk，RC網(wǎng)絡(luò)由極化電阻心和等效電容Ci組成，Vb為鋰電池電 壓，I為負(fù)載電流。
[0018] 較佳地，該非線性狀態(tài)空間模型為：
[0019] 狀態(tài)方程:xk+1 = f(Xk，uk)+Wk
[0020] 觀測方程:yk = h(Xk)+Vk
[0021] 滿足約束條件：XkeX，WkeW，VkEV
[0022] 其中，狀態(tài)變量& = ，輸入變量uk=Ik， 輸出變量yk = Vb,k，h(Xk) =￥〇(；,1<-11^(),1<-\^1,1{，￥1{和￥1 {分別表不外部干擾和測量噪聲、相互獨(dú)立 且均為高斯白噪聲。
[0023] 較佳地，設(shè)該非線性狀態(tài)空間模型的初始狀態(tài)為XQ，在k時刻，所有測量數(shù)據(jù)為 ζ?: = ，干擾序列為{vv/}f=cr且初始狀態(tài)xo的先驗(yàn)估計值滿足均值為，協(xié)方差為 Po的正態(tài)分布，滾動時域窗口長度為N;
[0024] 則在時刻N(yùn)時，利用該非線性滾動時域估計法獲得第一關(guān)系式：
[0027] 滿足狀態(tài)空間模型，且0< S0Ck< 1;
[0028] 其中，參數(shù)R為模型干擾方差矩陣，參數(shù)Q為測量噪聲方差矩陣，參數(shù)P為誤差協(xié)方 差矩陣；
[0029] 則在T>N時，利用該非線性滾動時域估計法獲得第二關(guān)系式：
[0032] 滿足狀態(tài)空間模型，且0< S0Ck< 1;
[0033] 步驟S4包括：
[0034] S41、根據(jù)鋰電池模型精度和測量精度，設(shè)置初始化參數(shù)Q、R、P，初始估計狀態(tài)f 〇和 滾動時域窗口長度N;
[0035] S42、當(dāng)N時，求解該第一關(guān)系式獲得最優(yōu)解 則根據(jù)狀態(tài)方程
計算當(dāng)前時刻的S0C估計值；
[0036] S43、當(dāng)T>N時，求解該第二關(guān)系式獲得最優(yōu)解 則根據(jù)狀態(tài) 方程計算當(dāng)前時刻的S0C估計值；
[0037] S44、計算(T+1)時刻的先驗(yàn)估計狀態(tài)％
獲取(T+1)時刻 的鋰電池電壓Vb和負(fù)載電流I，令T = T+1，并返回步驟S43。
[0038] 本發(fā)明還提供一種鋰電池 S0C估算系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，其包括：
[0039] -確定模塊，用于確定鋰電池等效電路中各電路參數(shù)與S0C的函數(shù)關(guān)系；
[0040] -離線模型建立模塊，用于基于該函數(shù)關(guān)系建立離線模型；
[0041] -在線模型建立模塊，用于基于該離線模型建立用于S0C在線估計的非線性狀態(tài) 空間模型；
[0042] -狀態(tài)估算模塊，用于利用非線性滾動時域估計法對該非線性狀態(tài)空間模型中的 S0C進(jìn)行在線估計以獲得S0C估計值。
[0043] 較佳地，該些電路參數(shù)包括:開路電壓Voc、歐姆內(nèi)阻Ro、極化電阻辦和等效電容&。
[0044]較佳地，該離線模型為：
[0046] Vb = Voc-IR〇-Vi
[0047] 對干一個采樣周期Δ t內(nèi)，hi術(shù)關(guān)系式的離散化形式表示為：
[0049] Vb,k = V〇C,k_IkR〇,k_Vl,k
[0050] 其中，時間常數(shù)= RkCk，RC網(wǎng)絡(luò)由極化電阻&和等效電容Ci組成，Vb為鋰電池電 壓，I為負(fù)載電流。
[0051] 較佳地，該非線性狀態(tài)空間模型為：
[0052] 狀態(tài)方程:xk+i = f(Xk，Uk)+Wk
[0053] 觀測方程：yk = h(xk)+vk
[0054] 滿足約束條件：XkEX，WkeW，VkeV
[0055]
輸出變量yk=Vb,k，h(xk) =VcK；,k-IkR(),k-Vi,k，wk和vk分別表不外部干擾和測量噪聲、相互獨(dú)立 且均為高斯白噪聲。
[0056]較佳地，設(shè)該非線性狀態(tài)空間模型的初始狀態(tài)為XQ，在k時刻，所有測量數(shù)據(jù)為
干擾序列為{W/]|=Q，且初始狀態(tài)xq的先驗(yàn)估計值滿足均值為f 0，協(xié)方差為 Po的正態(tài)分布，滾動時域窗口長度為N;
[0057] 則在時刻N(yùn)時，利用該非線性滾動時域估計法獲得第一關(guān)系式：
[0060] 滿足狀態(tài)空間模型，且0< S0Ck< 1;
[0061 ]其中，參數(shù)R為模型干擾方差矩陣，參數(shù)Q為測量噪聲方差矩陣，參數(shù)P為誤差協(xié)方 差矩陣；
[0062]則在T>N時，利用該非線性滾動時域估計法獲得第二關(guān)系式：
[0065] 滿足狀態(tài)空間模型，且0< SOCkS 1;
[0066] 該狀態(tài)估算模塊包括：
[0067] -設(shè)置單元，用于根據(jù)鋰電池模型精度和測量精度，設(shè)置初始化參數(shù)Q、R、P，初始 估計狀態(tài)和滾動時域窗口長度N;
[0068] 一第一計算單元，用于當(dāng)TSN時，求解該第一關(guān)系式獲得最優(yōu)解 則根據(jù)狀態(tài)方程計算當(dāng)前時刻的S0C估計值；
[0069] -第二計算單元，用于當(dāng)T>N時，求解該第二關(guān)系式獲得最優(yōu)解(科 則根據(jù)狀態(tài)方程計算當(dāng)前時刻的S0C估計值；
[0070] -計算獲取單兀，用于計算（T+1 )時刻的先驗(yàn)估計狀態(tài)宏j'-iy.和誤差方差矩陣 Pfiv，并獲取(T+1)時刻的鋰電池電壓Vb和負(fù)載電流I，令T = T+1，并重新調(diào)用該第二計算 單元。
[0071 ]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：
[0072] 本發(fā)明通過采用非線性滾動時域估計法估算鋰電池的S0C，能夠迅速減小S0C初始 誤差對S0C估計的影響，并減小電流測量累計誤差對S0C估計的影響，從而保證了鋰電池 S0C 在線估計的準(zhǔn)確性和可行性，很大程度上提高了電池管理系統(tǒng)的有效性和可靠性。
【附圖說明】
[0073] 圖1為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的鋰電池 S0C估算方法的流程圖。
[0074] 圖2為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的電流激勵和電壓響應(yīng)波形圖。
[0075] 圖3為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的鋰電池等效