[发明专利]一种基于滑动窗滤波的单体锂离子电池SOC估计方法

权利要求书

1.一种基于滑动窗滤波的单体锂离子电池SOC估计方法，其特征在于：包括以下几个步骤： 

步骤1，电池等效电路端电压V_B在线辨识； 

步骤1-1，利用电池参数测试仪在线测量电池工作电流I_B，单体锂离子电池最大电压v_max,i、最小电压v_min,i和最大电流i_max,i、最小电流i_min,i，电池极化内阻R_f、R_s，电池电动势内阻R_sd，电池满充状态下的电容值C_b；利用式(1)计算电池等效模型欧姆内阻R₀： 

步骤1-2，建立电池端电压V_B与电池模型参数之间的拉普拉斯方程关系式；利用Spagnol提出的模型在线辨识方法和电池模型参数时间域关系式()和()，建立如下计算方程： 

V_B＝V_OC(SOC)-R₀I_B-G_m(s)I_B

其中，非线性函数G_m(s)的表达式为： 

步骤1-3，定义电池模型的状态变量为ξ＝[V_SOC V_f V_S V_B]，同时定义电池电流I_B和端电压V_B为滤波系统的输入输出变量，V_SOC为电池开路电压值；建立基于SMO算法的滤波系统的状态方程和输出方程： 

V_B＝Cξ        (10) 

其中，系数矩阵如下： 

B＝[b₁ b₂ b₃ b₄]^T     C＝D^T＝[0 0 0 1]^T

其中，Φ表示为Φ(V_SOC,I_B)，为电池开路电压V_OC(SOC)函数关系式中的非线性部分表达式； 

根据电池工作电流I_B的约束条件，计算得到Φ表达式： 

|Φ(V_SOC,I_B)|≤θ(I_B) 

步骤1-4，利用状态向量ξ的可观测量ξ₀和不可观测量ξ_u，以及已知的Φ(V_SOC,I_B)表达式，利用式()计算端电压V_B： 

式中，

B₀＝[b₁ b₂ b₄]^T,

步骤2，锂离子单体电池SOC值的估计； 

步骤2-1，基于SMO的单体电池开路电压V_SOC计算；利用式(16)的动态SMO滤波器方程计算端电压V_B的动态值和开路电压V_SOC的非线性部分值； 

式中，非可观测子系统矩阵A_u为稳态矩阵，滤波器增益表达式为M＝[M_u 0]^T，M₀可由滤波器采样点计算，对称矩阵值P₀＞0且满足下式： 

P₀(A₀-M₀C₀)+(A₀-M₀C₀)^TP₀＝-Q₀      (17) 

步骤2-2，计算误差参数引入传统的Lyapunov转化方程V(e)＝e^τPe，矩阵P取值为对称矩阵diag(P₀,1)，并假设结合误差参数计算方程式(20)，得到

式中，参数γ(t)对于每个时间采样点t均是正数，且满足下面表达式： 

步骤2-3，根据步骤2-1和步骤2-2，当满足不等式(22)表明电池SOC估计值收敛于真实值，可以计算出V_SOC的非线性部分值； 

式中，参数δ(t)渐近趋向于0，若μ取值为μ＞θ(I_B)＞|Φ(V_SOC,I_B)|，则动态误差绝对值

步骤3，单体电池SOC值计算； 

根据放电实验法，得到电池SOC与开路电压V_OC(SOC)的关系函数为： 

V_OC(SOC)＝36.1425-198.472SOC+263.2273SOC²          (23) 

利用步骤2估计得到的V_OC(SOC)值，结合公式(23)，计算得到实时SOC值。