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专利号: 2020111684804
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:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤一:定义初始量,第一个卡尔曼滤波估计协方差矩阵P、第二个卡尔曼滤波估计协方差矩阵PP,参数向量Para,所述参数向量Para=[y1,y2,y3,y4],第一个卡尔曼滤波传感器方差R、第二个卡尔曼滤波传感器方差RR,过程噪声q,额定容量QT,计数k,权重L和初始SOC0;

步骤二:读取第k组电池数据,k=1,2,3…,所述电池数据包括端电压、电流、温度、内阻中的一个或多个的组合;

步骤三:将第k组数据和初始开路电压f(SOC0),代入离线OCV模型估算开路电压E_OCV;

所述初始开路电压f(SOC0)通过初始SOC0查SOC‑OCV关系获得;

步骤四:将第k组数据、初始开路电压f(SOC0)和估算的开路电压E_OCV,代入在线端电压模型估算端电压E_U0;

步骤五:对所述在线端电压模型的四个参数[y1,y2,y3,y4]求偏导得到雅可比矩阵H;

步骤六:根据P矩阵、传感器方程R和H矩阵计算卡尔曼增益K;

步骤七:更新P矩阵和参数向量Para;

步骤八:将第k组数据、初始开路电压f(SOC0)和步骤七更新的参数向量Para,代入在线OCV模型估算开路电压S_OCV;

步骤九:根据第k组电流和初始SOC0,采用电流积分法和查SOC‑OCV关系法计算开路电压Ah_OCV;

步骤十:对所述在线OCV模型的初始开路电压f(SOC0)求导得到雅可比矩阵F,对SOC‑OCV关系求导得到雅可比矩阵h;

步骤十一:根据矩阵F、h、q、RR计算估计协方差矩阵PP和卡尔曼增益G;

步骤十二:更新协方差矩阵PP和S_OCV;

步骤十三:对Ah_OCV和更新后的S_OCV加权获得最终OCV;

步骤十四:将最终OCV查OCV‑SOC关系获得SOC值,并赋值SOC0=SOC,即用SOC值更新SOC0;

转步骤二,如此循环往复,并在每次循环时对k累加1,完成对电池SOC实时估算。

2.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤一定义初始量中P矩阵定义为4×4单位矩阵,定义PP=1,参数向量Para初始定义为零向量;根据工程经验定义R,RR,q∈(0,0.1),计数k=1,SOC0∈(0,100%)。

3.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤二中电池数据为端电压U0、电流I和温度T。

4.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤三离线OCV模型通过估算方程(1)和(2)估算开路电压E_OCV:P2=U0‑k3I‑k4I|I|,充电:I>0,放电:I<0          (1)其中,U0是端电压、I是电流、T是温度、f(SOC0)是初始SOC0查SOC‑OCV关系得到的初始开路电压;P2、b、c是中间变量;

在k=1,2,3…,时,根据U0,I,T,f(SOC0)和一组模型离线参数[k1,k2,k3,k4],计算得到E_OCV。

5.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤四在线端电压模型通过估算方程(3)估算端电压E_U0,所述步骤五中

‑1

所述步骤六中K=P×H’×(H×P×H’+R) ;

所述步骤七更新P矩阵和参数向量Para,其中P=(E(4)‑K×H)×P,Para=Para+K×(U0–E_U0)。

6.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤八在线OCV模型通过估算方程(4)和(5)估算开路电压S_OCV:P2=U0‑y3I‑y4I|I|,充电:I>0,放电:I<0           (4)

7.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤九电流积分法计算开路电压Ah_OCV,如方程(6)所示:

8.根据权利要求1所述的双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征在于,所述步骤十对在线OCV模型的初始开路电压f(SOC0)求导得到雅可比矩阵对SOC‑

OCV关系求导得到雅可比矩阵h=[f'(SOC)]。

9.根据权利要求1所述一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法,其特征‑1

在于,所述步骤十一中PP=F×PP×F’+q,G=P×h’×(h×PP×h’+RR) ;

所述步骤十二中PP=(1‑g×H)×PP,S_OCV=S_OCV+G×(Ah_OCV‑S_OCV);

所述步骤十三中OCV=L×S_OCV+(1‑L)×Ah_OCV,其中L∈[0,1]。

10.一种实现权利要求1‑9任意一项所述双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法的系统,其特征在于,包括信号采集模块、SOC估算模块和显示模块;

所述信号采集模块包括电流传感器、温度传感器和电压传感器,用于采集电池的电流、温度和端电压,其与SOC估算模块连接,并将采集的电流、温度和端电压信号传送到SOC估算模块;所述SOC估算模块包括单片机,定义初始量估计协方差矩阵P、PP,参数向量Para,传感器方差R、RR,过程噪声q,额定容量QT,计数k,权重L和初始SOC0,将第k组数据和初始开路电压f(SOC0),代入离线OCV模型估算开路电压E_OCV;将第k组数据、初始开路电压f(SOC0)和估算的E_OCV,代入在线端电压模型估算端电压E_U0;计算在线端电压模型的雅可比矩阵H;根据P矩阵、R和H矩阵计算卡尔曼增益K;更新P矩阵和参数向量Para;将第k组数据、初始开路电压f(SOC0)和更新的参数向量Para,代入在线OCV模型估算开路电压S_OCV;然后采用电流积分法计算开路电压Ah_OCV,计算在线OCV模型雅可比矩阵h和F,然后计算估计协方差矩阵PP和卡尔曼增益G,再更新S_OCV和估计协方差矩阵PP,然后对Ah_OCV和S_OCV加权获得最终OCV,最后将OCV查OCV‑SOC关系获得SOC并将SOC赋值给SOC0;如此循环往复,并在每次循环时对k累加1,完成对电池SOC实时估算;所述SOC估算模块与显示模块连接,将电池数据和SOC值发送给显示模块显示。