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专利号: 2020110652401
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:采集均衡电路的电压和电流;

S2:建立二阶等效电路模型,利用AUKF算法对SOC进行估计;

S3:计算不同电池的SOC的差值,判断是否存在一低多高或一高多低的情况;

S4:建立神经网络,若存在所述步骤S3中叙述的情况,则将端电压作为神经网络的输入,判断输出的均衡电流值是否达到均衡阈值;

S5:若不存在所述步骤S3中叙述的情况,则计算每个电池SOC之间的平均值,判断其是否处于0.2-0.8之间,若处于则将SOC作为神经网络的输入,判断输出的均衡电流值是否达到均衡阈值;若未处于0.2-0.8之间,则将端电压作为神经网络的输入,判断输出的均衡电流值是否达到均衡阈值;

S6:输出的均衡电流值达到均衡阈值则表明电池能量均衡。

2.如权利要求1所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述步骤S2中的二阶等效电路模型利用2个RC网络分别对浓差极化效应和电化学极化效应进行描述,根据KCL和KVL定律,可以得到电路状态表达式,如下所示:UO(t)=ROI(t)                  (1)其中,UO(t)为欧姆电压,Ue(t)为电化学极化电压,Ud(t)为浓差极化电压;

U(t)=UOCV(t)+UO(t)+Ue(t)+Ud(t)           (4)其中,U(t)为电池端电压;

利用电流积分法得到电池SOC随时间变化的表达式:其中,SOC0为初始SOC,QN为电池标准电容量,η为电池充放电效率;

将式(2)、(3)和(5)离散化,可得:

其中,τ为采样周期,τe=ReCe,τd=RdCd;

通过式(6)、(7)和(8)建立离散化的状态空间观测方程,如下所示:其中,w(k-1)为模型的观测噪声;

模型的离散化状态输出方程如式(10)所示:

U(k)=UOCV(k)+UO(k)+Ue(k)+Ud(k)+v(k-1)      (10)其中,v(k-1)为端电压的观测噪声。

3.如权利要求2所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述步骤S2中的AUKF算法首先构造采样点,状态向量X(k)由状态变量SOC(k)、Ue(k)和Ud(k)组成,其表达式如下:X(k)=[SOC(k) Ue(k) Ud(k)]T           (11) 。

4.如权利要求3所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述步骤S2中利用AUKF算法对SOC进行估计的步骤为:S21:对非线性系统初始化:

S22:构造2n+1个采样点集并进行非线性转换:S23:计算迭代运算过程中的权值为:

其中, 为一个尺度参数,α表示采样点在 周围的分布,即1>α>e-4;一般取值为 β用来整合X先验估计,一般选取其值为2; 和 分别为计算第i个采样点的均值和协方差所用的加权因子;

S24:计算2n+1个采样点集的一步预测为:

Xi(k-1)=f(Xi,k-1),i=0,1,…2n           (16)S25:AUKF算法中的时间更新为:

S26:AUKF算法中的测量更新为:

S27:电池状态变量和协方差估计为:

S28:自适应性定律协方差匹配:

其中,Q(k)为模型噪声w(k)的协方差,R(k)为端电压测量v(k)的协方差。

5.如权利要求1所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述步骤S4中的神经网络包括:模糊化层、模糊规则强度释放层、规则强度归一化层、模糊规则输出层和输出层。

6.如权利要求5所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述模糊化层的输入量为2个,分别为SOC差值和SOC平均值,可以表示为:其中,SOCi为均衡单元左侧m个单体电池中第i个电池的SOC值,SOCj为均衡单元右侧n个电池中第j个电池的SOC值,ΔSOC表示均衡单元左右两侧的SOC平均值的差值,SOCavg表示均衡单元两侧的SOC的平均值;

根据所选电池特性定义两个输入量的论域范围,并分别命名为A和B,其中基于SOC的模糊神经网络两个输入量ΔSOC的论域为[0,0.6],SOCavg的论域为[0,1];基于端电压的模糊神经网络两个输入量中ΔV为[0,1],Vavg为[2.6,4.2];考虑电池组的不均衡状态及电池特性,将两个输入量的论域分为5个模糊集合,分别为VS、S、M、L和VL,确定了每个输入量的隶属度函数个数;所述隶属度函数类型均为高斯函数,其表达如下:其中,a为隶属度函数的中心,b为隶属度函数的宽度,a与b作为模糊神经网络的前件参数,通过数据库训练学习获得;

将输入量ΔSOC/ΔV和SOCavg/Vavg分别定义为x1和x2:得到第一层的输入输出表达式:其中, 为输入量x1的第i个隶属度函数, 为数量x2的第j个隶属度函数。

7.如权利要求5所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述模糊规则强度释放层将第一层输入量的输出值两两相乘,得到第二层的输出值,因此由第一层的输出值可确定本层节点为25个,本层的输入输出表达式为:其中,ωk代表其中一条模糊规则的激活强度。

8.如权利要求5所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述规则强度归一化层计算每一条模糊规则的激活强度的比重,其输出表达式为:

9.如权利要求5所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述模糊规则输出层用于计算每个模糊规则的输出,计算表达式如下:其中,pk、qk和rk作为模糊神经网络的后件参数,通过训练获得。

10.如权利要求5所述的一种适用于均衡电路的电池能量均衡方法,其特征在于,所述输出层用于计算输出的均衡电流值Ieq,计算表达式如下:。