動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法與系統(tǒng)，本方法第一步建立等效電池的電路模型，對電池進(jìn)行充放電和靜置實驗、定時采樣得到電壓時間曲線，通過公式辨識模型參數(shù)、得到開路電壓OCV與SoC的非線性關(guān)系；第二步、基于卡爾曼算法，用狀態(tài)預(yù)測、預(yù)測誤差方差、濾波增益、狀態(tài)估算和估算誤差方差等矩陣，得到SoC最優(yōu)估算值。本系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲器、可編程存儲器、定時器及顯示器分別與微處理器連接，電流、電壓傳感器分別聯(lián)接在待測電池與負(fù)載連接的電路中、輸出接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？删幊檀鎯ζ鞔鎯嶒炈玫碾姵啬Ｐ蛥?shù)，程序存儲器存儲本方法的估算程序。本發(fā)明SoC估算精度可達(dá)1％，且更穩(wěn)定；系統(tǒng)實時提供SoC估算值。
【專利說明】動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法與系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車動力鋰電池的電荷狀態(tài)估算【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種采用多狀態(tài)分解卡爾曼濾波的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)(SoC)估算方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動力電池是新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵，在電動汽車領(lǐng)域，多采用鋰離子電池作為動力源。鋰離子電池具有高能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、安全無公害、快速充電放電及工作溫度范圍寬等優(yōu)點。
[0003]電池的電荷狀態(tài)SoC(State of Charge)是動力電池管理系統(tǒng)BMS(BatteryManagement System)中的重要參數(shù),它是保證電池安全壽命運行重要參數(shù)。但是SoC估算是較難解決的問題，由于電池工作狀況的不確定性及電流、溫度、自放電、老化等因素的影響，特別是電池在使用過程中表現(xiàn)出的高度非線性，使電池SoC估算的難度加大。目前電池SoC估算方法有電量累積法、開路電壓法阻抗法、卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。這些方法均是將電動汽車所用的電池組可看作是由輸入和輸出組成的動態(tài)系統(tǒng)，建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程，利用電池的輸出的信息，獲得對系統(tǒng)包括荷電狀態(tài)等無法直接測量的內(nèi)部狀態(tài)的估算。
[0004]經(jīng)典的卡爾曼(Kalman)濾波法只適用于線性系統(tǒng)。由于電池內(nèi)部的化學(xué)特性是復(fù)雜的非線性過程，所以不能直接用于估算電池的SoC。擴展卡爾曼濾波法EKF(ExtendedKalman Filter)適用于非線性系統(tǒng)，對SoC的初始值偏差有很強的修正作用，是目前動力電池SoC中較好的方法。但隨實際工況條件劇烈波動，使噪聲統(tǒng)計特性的變化，會導(dǎo)致估算誤差變大，甚至出現(xiàn)濾波估算過程發(fā)散。因此要準(zhǔn)確估算電池的SoC，有效提高估算精度，現(xiàn)有的EKF仍需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法，第一步建立一個三階RC等效電路模型，通過充電和恒流放電實驗辨識模型參數(shù)，得到電池開路電壓OCV(Open Circuit Voltage)與SoC的非線性關(guān)系；第二步采用卡爾曼濾波，對多狀態(tài)變量分開獨立估算電池的開路電壓，結(jié)合電池開路電壓與SoC的非線性關(guān)系，最終得到SoC估算值。
[0006]本發(fā)明的另一目的是設(shè)計一種采用上述動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法設(shè)計基于計算機信號處理系統(tǒng)的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算系統(tǒng)，實現(xiàn)實時顯示在線估算的動力電池電荷狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明設(shè)計的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法分為兩步，
[0008]第一步、建立模型，實驗和公式辨識模型參數(shù)
[0009]1、建立模型
[0010]建立一個等效動力鋰離子電池的三階RC等效電路模型，該模型的組成如下:極化電阻凡、R2和R3分別和電容Cp C2和C3構(gòu)成三個RC電路，串聯(lián)的三個RC電路再串聯(lián)動力鋰離子電池的開路電壓OCV(Open Circuit Voltage)和歐姆內(nèi)阻Rw,該等效電路模型的端電壓為動力鋰離子電池的輸出端電壓
[0011]其對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型如下:
【權(quán)利要求】
1.動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法，分為兩步， 第一步、建立模型，實驗和公式辨識模型參數(shù) 1、建立模型 建立一個等效動力鋰離子電池的三階RC等效電路模型，該模型的組成如下:極化電阻R1 R2和R3分別和電容C1X2和C3構(gòu)成三個RC電路，串聯(lián)的三個RC電路再串聯(lián)動力鋰離子電池的開路電壓OCV和歐姆內(nèi)阻Rtltl,該等效電路模型的端電壓為動力鋰離子電池的輸出端電壓 其對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法，其特征在于: 所述步驟II的實驗重復(fù)3?5次，每次實驗后按II1-1和II1-2計算所得各參數(shù)，各次實驗所得的參數(shù)分別取平均值，作為對應(yīng)參數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算方法設(shè)計的動力鋰離子電池的電荷狀態(tài)估算系統(tǒng)，其特征在于: 包括微處理器、電流傳感器、電壓傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲器、可編程存儲器、定時器及顯示器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲器、可編程存儲器、定時器及顯示器分別與微處理器連接，電流傳感器串聯(lián)在待測動力鋰離子電池與負(fù)載連接構(gòu)成的電路中，電壓傳感器則并聯(lián)在該電路上；電流傳感器和電壓傳感器的輸出接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，傳送所測量的動力鋰離子電池的負(fù)載電流和輸出端電壓； 可編程存儲器存儲實驗所得的動力鋰離子電池等效模型參數(shù)，包括歐姆內(nèi)阻Roo，電容C1 C2, C3,極化內(nèi)阻Rp R2> R3,開路電壓與SoCV1的非線性模型參數(shù)K?k9 ; 程序存儲器中存儲卡爾曼濾波SoCk估算模型和開路電壓OCv(SOCV1)與SoCV1非線性關(guān)系1吳型； 卡爾曼濾波SoCk估算模型包括: `1、狀態(tài)預(yù)測矩陣
【文檔編號】G01R31/36GK103439668SQ201310400509
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】黨選舉, 伍錫如, 姜輝, 楊青, 張向文, 許勇, 劉振丙, 趙龍陽, 許凱, 莫妍, 陳波 申請人:桂林電子科技大學(xué)