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专利号: 2021112069811
申请人: 江南大学
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:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于二次更新滤波的电池化成充放状态估计方法,所述方法在进行电池化成充放状态估计时,分别获得k+1时刻预测步和更新步,进而将k+1时刻预测步和更新步组成线性不等式组,通过对线性不等式组求解,得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界;其特征在于,所述方法在获得k+1时刻更新步时,先根据电池系统初始状态量以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示,再根据k+1时刻状态一次量测更新表示和k+1时刻预测步获得k+1时刻状态二次量测更新表示,将k+1时刻状态二次量测更新表示整理为线性不等式组,通过对k+1时刻状态二次量测更新表示对应的线性不等式组求解,得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界;所述电池系统指电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:步骤一:获取电池化成工艺内的时滞DC/DC变换器电路系统的模型;

步骤二:根据步骤一获取到含时滞DC/DC变换器电路系统的模型,建立时滞DC/DC变换器电路系统离散化的状态空间模型;

步骤三:获取时滞DC/DC变换器电路系统的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量、估计步长L、时滞步长h;

步骤四:根据步骤二建立的状态空间模型,由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵、初始状态量以及时滞步长h得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示;

步骤五:在步骤四得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示基础上,得到k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示;

步骤六:根据凸空间体约束条件,将k+1时刻状态二次更新的凸空间体表示整理成线性不等式组;

步骤七:采用线性规划对步骤六得到的线性不等式组求解,得到k+1时刻包含系统真实状态的上下界。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤五包括:

5.1根据电池系统原始输出数据以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示,得到k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1;

5.2将k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1与步骤四得到的k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示取交集,得到k+1时刻状态二次量测更新表示X(k+1)。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述时滞DC/DC变换器电路系统包括直流电源、电感、电容及开关管Q1和Q2;所述步骤二包括:根据时滞DC/DC变换器电路系统离散化的模型得到如下状态表达式:T

其中,系统状态量为x(k)=[icha(k) idis(k) vc(k)] ,其中icha(k)和idis(k)分别为时滞DC/DC变换器电路系统充电与放电时的流经电感的电流,vc(k)为时滞DC/DC变换器电路系统的输出电压;

T

系统输入量u(k)=[d1(k) d2(k) 0] ,其中d1(k)和d2(k)分别为开关管Q1和Q2开关信号的占空比;w(k)表示未知但有界的扰动噪声, 其中 表示扰动噪声的最大界限值;

A表示时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间矩阵,Ah表示时滞状态量的状态空间矩阵,h表示时滞步长,B表示输入矩阵,D表示扰动作用矩阵;

以充电时电感电流测量值 和放电时电感电流测量值 以及系统的输出电压测量值 作为状态空间模型的输出,同时加入测量噪声v(k)得到其输出方程:y(k)=Cx(k)+v(k)  (3)系统输出量为 其中 和 分别为充电与放电模式时电感电流测量值,为系统的输出电压测量值;

根据式(1)和式(3)建立时滞DC/DC变换器电路系统的状态空间模型为:v(k)表示未知但有界的测量噪声, 其中 表示测量噪声的最大界限值;C表示输出矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述步骤四包括:根据步骤二建立的状态空间模型,由步骤三获取到的初始状态空间参数矩阵以及初始状态量得到k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示;

其中 是k时刻的状态预测可行集,由式(1)中k≥h时刻公式推导得到k+1、k至k‑h时刻的系统状态预测表达式,式(9)和式(10)分别给出了 和 的表达式:将式(9)和式(10)代入式(8),可得:定义如下表示:

h+1

E=Ah+A   (12)

i

Fi=AAh,1≤i≤h  (13)j

Gj=AB,0≤j≤h  (14)l

Hl=AD,0≤l≤h  (15)将式(12)~(15)带入式(11)得到:系统预测状态可行集被表示为以下凸空间体形式:其中,

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述5.1根据电池系统原始输出数据以及系统观测矩阵获得k+1时刻状态一次量测更新表示,得到k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1,包括:

根据下式(18)得到k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1:其中 为观测噪声和干扰,表示该噪声干扰满足有界约束;k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1在空间上表现为带空间。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述5.2将k+1时刻状态一次量测更新表示Sk+1与步骤四得到的k+1时刻预测状态可行集的凸空间体表示取交集,得到k+1时刻状态二次量测更新表示X(k+1),包括:根据下式(19)得到k+1时刻状态二次量测更新表示X(k+1):其中, 表示k+1时刻预测集,Sk+1表示k+1时刻带空间,Set(Mk+1,αk+1)表示真实状态集合的凸空间体表示,Mk+1和αk+1表示k+1时刻真实状态所满足的凸空间体约束。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤六包括:凸空间体约束条件如下:

其中X(k)表示包含k时刻系统真实状态x(k)的状态可行集,Set(Mk,αk)表示可行集元素x(k)组成的凸空间体;

根据式(18)我们可以推导得到一次更新的凸空间体表示:整理为矩阵表示:

最后将预测步与更新步凸空间体结合,整理二次更新得:其中:

将式(26)~(27)整理后可得:Mk+1x(k+1)≤αk+1  (28)其中:

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤七包括:根据式(28)得到x(k+1)的约束条件;

设置目标函数为:

通过利用MATLAB软件自带优化工具箱内的线性规划函数,求解式(28)所示的线性不等式组,通过不断迭代式(28)线性不等式,从而得到k+1时刻得到包裹各时刻系统状态真值的凸空间体及其上下界;

整合得到k+1时刻状态空间模型的状态估计值,即为时滞DC/DC变换器电路系统的k+1时刻的状态估计值:

其中,x(k+1)max表示状态估计上界,x(k+1)min表示状态估计下界。

10.一种基于二次更新滤波的电池化成过程含时滞DC/DC变换器电路系统,其特征在于,所述电池化成过程时滞DC/DC变换器电路系统采用权利要求1‑9任一所述的方法对电池进行池化电流及电压状态估计。