本發(fā)明涉及一種鋰離子的電池參數(shù)與荷電狀態(tài)估計方法，具體涉及一種基于慢時變參數(shù)最小二乘法的鋰離子電池參數(shù)估計與soc評估方法。

背景技術：

電動車輛正變得越來越普遍。這些車輛包括純電動車以及混合動力車。所有這些類型的電動車采用包括多個電池單元的儲能系統(tǒng)。這些電池單元被串聯(lián)或者并聯(lián)為電池模組，電池模組同樣被串聯(lián)或者并聯(lián)組合為整個儲能系統(tǒng)。對于乘用車，儲能系統(tǒng)可高達400伏，對于商用車，儲能系統(tǒng)可高達700伏，其在為電動車輛和混合動力車輛提供動力中起著重要的作用。對于車載的儲能系統(tǒng)需要有先進的算法評估其運行的狀態(tài)。

儲能系統(tǒng)的相關算法在電動車應用方面扮演著核心角色。例如，電池荷電狀態(tài)(soc)扮演著類似傳統(tǒng)汽車油箱剩余油量的角色，對于純電動車，其給駕駛員指示剩余多少電量供給電動車使用，駕駛員根據(jù)剩余電量合理安排行程；荷電狀態(tài)也是電動車安全性的影響因素，荷電狀態(tài)的精確估計可以避免電池過充過放，保護電池，延長電池壽命，提高電動車是用安全性；對于混合動力汽車，電池荷電狀態(tài)是電動車性能、燃油經(jīng)濟性、散熱等的重要影響因素；因此荷電狀態(tài)估計的精確性與魯棒性在汽車性能和安全方面起著至關重要的作用。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子的電池參數(shù)與荷電狀態(tài)估計方法，通過鋰電池的輸入輸出狀態(tài)估計其等效電路模型參數(shù)，并通過提取可靠的開路電壓評估電池荷電狀態(tài)。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種鋰離子的電池參數(shù)與荷電狀態(tài)估計方法，其特征是，包括如下步驟：

1)初始化四階相關矩陣P(0)和參數(shù)矢量θ(0)；電池的初始端電壓V_m(0)＝0，電池的端電壓I_m(0)＝0；

2)通過傳感器獲取電池的端電壓V_m以及電流值I_m，采樣周期為T，第k次數(shù)據(jù)記為V_m(k)和I_m(k)；

根據(jù)所得到的電流值I_m(k)數(shù)據(jù)進行判定，判斷準則為：

i)電流大于設定值；

ii)電流的變化量需要大于設定值；

當不同時滿足以上兩個條件，重新獲取端電壓V_m以及電流值I_m；若同時滿足，進行下一步；

3)計算向量

4)計算增益矢量λ為遺忘因子，依據(jù)經(jīng)驗值設定；

5)計算測量值V_m與估計值V_terminal(k)的誤差e(k)＝V_m(k)-V_terminal(k)，

6)更新參數(shù)矢量θ(k)＝θ(k-1)+K(k)·e(k)，其中θ(k)＝|θ₁ θ₂ θ₃ θ₄|，根據(jù)θ(k)計算電池參數(shù)：

電池開路電壓電池內(nèi)阻R＝θ₂，電荷轉(zhuǎn)移電阻雙層電容

7)判斷如下條件參數(shù)合理性：

i)判斷參數(shù)收斂程度與參數(shù)辨識的準確度，當目標函數(shù)J(θ)小于設定值時認為參數(shù)已收斂；N是當前循環(huán)次數(shù)；

ii)判斷V_oc的合理性：獲取電流為零階段的平均端電壓V_avg，開路電壓V_oc滿足V_avg-ΔV＜V_oc＜V_avg+ΔV時認為合理，ΔV依據(jù)經(jīng)驗值取值；

iii)判斷的合理性：開路電壓V_oc只與電池荷電狀態(tài)有關，其變化量滿足時認為合理；變化量為當前循環(huán)得到的V_oc與前一循環(huán)得到的V_oc的差值，變化量為當前循環(huán)得到的V_m與前一循環(huán)得到的V_m的差值；

當以上三個條件同時滿足，則認為電路參數(shù)是合理的，并進行下一步；否則不更新參數(shù)矩陣，返回步驟2)；

8)更新相關矩陣令k＝k+1；

9)獲取電池的soc-ocv曲線，并根據(jù)步驟7)驗證合理后的開路電壓估算電池soc。

進一步地，所述步驟1)中，θ(0)＝|0 0 0 0|，采用周期T＝0.1s。

進一步地，所述步驟4)中遺忘因子λ＝0.98。

本發(fā)明所達到的有益效果：經(jīng)過數(shù)據(jù)測試，本方法提取的開路電壓以及電池內(nèi)阻均在合理范圍內(nèi)，反應了電池運行的真實狀態(tài)；估算的soc精度在5％以內(nèi)，并且規(guī)避了安時積分算法無法修正，積分誤差隨時間累計增大的缺點；本算法可以校驗安時積分soc的合理性，并且根據(jù)工況與其加權平均得到更精確的估計。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的算法流程圖；

圖2是一階RC電池等效電路的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍(本申請文件中的*均表示乘號)。

對于本發(fā)明中計算電池參數(shù)的方法作如下說明，在這里采用將待檢測電路等效為一階RC電池等效電路，并進行數(shù)據(jù)逆推的方式，得到相關參數(shù)的計算公式。如圖2所示。電路包括測量量端電壓V_terminal與電流I_terminal；電源代表電池開路電壓V_oc，串聯(lián)電阻代表電池內(nèi)阻R，串聯(lián)電阻的電壓為V_R，RC電路包括雙層電容C_dl與電荷轉(zhuǎn)移電阻R_ct，雙層電容的電壓為V_dl。以下部分通過分析此等效電路推導其微分方程，并離散化使之可以適用于最小二乘法以及嵌入式實時系統(tǒng)。

由電路特性，可以得到以下微分方程：

V_terminal＝V_oc+V_R+V_dl (1)

V_R＝R*I_terminal (2)

將(2)式帶入(1)式，得到(4)式V_terminal＝V_oc+R*I_terminal+V_dl (4)。

對(4)式求導，并且假設開路電壓V_oc在短時間內(nèi)是不變的，得到(5)式

對(4)式兩邊除以R_ctC_dl，得到(6)式

將(5)式與(6)式相加，得到(7)式：

將(3)式兩邊除以C_dl帶入(7)式，得到(8)式：

將(8)式離散化，采樣時間為T，得到(9)式：

整理得到可以遞歸運算的形式(10)式：

V_terminal(k)＝θ₁*V_terminal(k-1)+θ₂*I_terminal(k)+θ₃*I_terminal(k-1)+θ₄(10)。

當前時刻端電壓估計值V_terminal(k)可以由上一時刻迭代的端電壓V_terminal(k-1)，當前時刻的電流采樣I_terminal(k)，上一時刻的電流采樣I_terminal(k-1)的多項式所表達；

其中四個參數(shù)分別為

將(10)式改寫為向量積的形式，得到(11)式θ(k)＝|θ₁ θ₂ θ₃ θ₄|，

基于以上分析，本方法在實際操作是，有如下步驟：

1)初始化相關矩陣P(0)和參數(shù)矢量θ(0)：

θ(0)＝|0 0 0 0|。

2)通過傳感器獲取電池的端電壓V_m以及電流值I_m，采樣周期為T，第k次數(shù)據(jù)記為V_m(k)和I_m(k)，且電池的初始端電壓V_m(0)＝0，電池的端電壓I_m(0)＝0。

判斷此算法的使能條件，即需要達到足夠的電流激勵條件，算法的參數(shù)辨識才具有意義；具體的，根據(jù)步驟1)中所得到的電流值I_terminal(k)數(shù)據(jù)進行判定，判斷準則為：

i)電流需要大于一定值，即車輛處于運行或者充電狀態(tài)；

ii)電流的變化量需要大于一定值，恒定的電流無法激勵電池的動態(tài)變化；

當不同時滿足以上兩個條件，退回步驟1)重新獲取；若同時滿足，進行下一步；

3)計算向量

4)計算增益矢量λ為遺忘因子，實施例中λ＝0.98，其中P(k)為四階矩陣；

5)計算測量與估計誤差e(k)＝V_m(k)-V_terminal(k)，

6)更新參數(shù)矢量θ(k)＝θ(k-1)+K(k)·e(k)，其中θ(k)＝|θ₁ θ₂ θ₃ θ₄|，根據(jù)θ(k)計算電池參數(shù)：

電池開路電壓電池內(nèi)阻R＝θ₂，電荷轉(zhuǎn)移電阻雙層電容

7)判斷如下條件參數(shù)合理性：

i)判斷參數(shù)收斂程度與參數(shù)辨識的準確度，當目標函數(shù)J(θ)小于設定值時認為參數(shù)已收斂；

ii)判斷V_oc的合理性：獲取電流為零階段的平均端電壓V_avg，開路電壓V_oc滿足V_avg-ΔV＜V_oc＜V_avg+ΔV時認為合理，ΔV依據(jù)經(jīng)驗值取值，實施例中ΔV＝10V。

iii)判斷的合理性：開路電壓V_oc只與電池荷電狀態(tài)有關，其變化量滿足時認為合理；

當以上三個條件同時滿足，則認為電路參數(shù)是合理的，并進行下一步；否則不更新參數(shù)矩陣，返回步驟1)。

8)更新相關矩陣

9)根據(jù)soc-ocv曲線計算根據(jù)開路電壓估算的電池soc。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。