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专利号: 2020106935111
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-05-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于电压及电流双约束的车用并联动力电池的最小包络线SOC估计方法,其特征在于,包括如下:S1,建立并联电池电路模型及数学描述方程;

S2,制定并联电池SOC估计流程策略;

S3,进行常规状态下以及差异状态下并联电池SOC估计;

所述S1中并联电池的电路模型为n阶,具体连接为:

每个单体电池i等效为开路电压Uocv,i与欧姆内阻R0,i串联,多阶极化电阻Ri,j与极化电容Ci,j并联后再与开路电压Uocv,i、欧姆内阻R0,i串联,形成串联支路单元,将n个单体电池的串联支路单元相并联得到并联电池的电路模型;

所述S1建立电路描述方程包括如下:

基于基尔霍夫定律建立n‑RC等效电路模型描述方程,具体表达式为:式中,U为端电压;Uocv为开路电压;Ui为极化电压;R0为欧姆内阻;Ri为极化内阻,Ci为极化电容,i=0,1,2,…,n;I为充放电电流;

对Ui进行离散化求解可得:

式中,t为系统采样周期;Ik为k时刻的电流;Ui,k为第i个RC网路在k时刻下极化电压;

如果已知模型参数Uocv、R0、Ri、Ci、电流及电压,可得:假设: c=R0,根据式(4),则电池输出电压与输入电流数学关系如下:

针对极化电压Ui,从离散时间域转换到Z域如下:

‑1 ‑1

U1[Z]=aZ U1[Z]+bZ I[Z]                          (6)由式(6)可得, 将其代入式(5)中可知:

整理可得:

zU[Z]=aU[Z]+zUocv[Z]‑aUocv[Z]‑czI[Z]‑(b‑ac)I[Z]          (8)求逆拉普拉斯变换可得:U[k+1]=aU[k]+Uocv[k]‑aUocv[k]‑cI[k+1]‑(b‑ac)I[k]                    (9)将式(9)转化为输入输出方程yk=θkΦk形式,得:其中,欧姆内阻和开路电压可从式(10)中推导出,表达式如下:所述S2制定并联电池SOC估计流程策略具体包括如下:

根据建立的并联电池等效电路模型,建立并联电池SOC估计的状态空间方程,基于一阶RC等效电路模型电路原理和安时积分法SOC计算公式,选取电池SOC和RC网络的极化电压Up组成一个二维状态向量;分别选取电池端电压Uk和电流I作为观测量和控制量,由二维状态向量和端电压观测量可得如式(12)所示SOC估计的状态方程和测量方程:式中,SOCk为k时刻电池SOC,Qn为电池容量,Δt为采样间隔,τ为时间常数,τ=RpCp,Rp为并联电池极化内阻,Cp为并联电池极化电容;

假设: uk=Ik, 则式(12)可转化为

xk=A·xk‑1+B·uk‑1;

电池模型参数估计的状态方程和测量方程如下:

式中,Up,k为并联电池模型极化电压,I为充放电总电流,参数矩阵θ=[R0,R1,C1,Qn];

通过上述计算分析,能够得出基于电压及电流双约束的DEKF算法对并联电池模型参数和SOC联合估计流程。

2.根据权利要求1所述的基于电压及电流双约束的车用并联动力电池的最小包络线SOC估计方法,其特征在于,所述S3中常规状态下并联电池SOC估计采用带遗传因子递推最小二乘法算法(Forgetting Factor Recursive Least Squares,FFRLS)辨识得到的电池开路电压、欧姆内阻、极化内阻及极化电容参数,作为改进DEKF算法模型参数初始值;再结合改进DEKF联合估计算法的具体流程,分别得到模型参数、端电压及SOC估算结果。

3.根据权利要求2所述的基于电压及电流双约束的车用并联动力电池的最小包络线SOC估计方法,其特征在于,所述常规状态下并联电池SOC估计的结果为:容量最大误差为

0.2Ah,欧姆内阻和极化内阻在放电初始阶段辨识参数值波动幅度较大,进入放电平台期,参数值波动幅度较为平稳,放电即将结束阶段,欧姆内阻和极化内阻的辨识曲线呈现大幅度上升;极化电容变化曲线随着放电深度的进行呈下降趋势,仅在放电即将结束时产生剧烈波动;端电压实测曲线与辨识曲线之间的偏差很小,并且辨识误差曲线呈现密集的波浪式波动,除放电即将结束阶段外,电压辨识误差不超过0.05V;并联电池SOC估计误差在1%内。

4.根据权利要求1所述的基于电压及电流双约束的车用并联动力电池的最小包络线SOC估计方法,其特征在于,所述S3中差异状态定义为一节单体电池健康状态SOH为100%,另一节单体电池SOH为80%的极端情况。

5.根据权利要求4所述的基于电压及电流双约束的车用并联动力电池的最小包络线SOC估计方法,其特征在于,极端差异状态下各单体电池端电压以及SOC变化与将并联电池看成整体得到的电池端电压与SOC估计曲线不同,结果为SOC估计值紧密跟随并联电池模组中各单体电池中SOC的较小值包络线,逐渐稳定在5%内。