[发明专利]一种动力电池剩余电量估计方法

权利要求书

1.一种动力电池剩余电量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立二阶RC模型的状态空间方程：

S11：建立被控对象的等效模型：将电阻R₀、R₁、R₂依次串联在电池包U_OC的输出端，并将电容C₁与电阻R₁并联，电容C₂与电阻R₂并联；

S12：根据上述等效模型建立系统的微分方程组，状态方程：

输出方程：

U_T＝U_OC(SOC)-R₀I_T-U₁-U₂ (2)

其中，U₁和U₂分别表示电容C₁和C₂两端电压，I_T为流经电阻R₀的电流，SOC表示剩余电量，U_OC(SOC)表示开路电压关于剩余电量SOC的函数，U_T表示端电压，Q_n表示额定容量；

S13：由式(1)和式(2)转化为状态空间方程：

其中：x＝[U₁,U₂,SOC]^T，y＝U_T，u＝I_T，h(x)＝U_OC(SOC)，x₀是初始状态，

其中τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂为两个RC环的时间常数；

S14：加入干扰项，得到：

其中，ω_x和ω_y分别为系统的状态干扰项和输出干扰项；

S2：辨识出模型参数以及开路电压关于剩余电量的非线性函数U_OC(SOC)；

S3：计算开路电压关于剩余电量的非线性函数导数的上下界：

由于U_OC(SOC)为单调函数，则其导数：

S4：设计观测器：

S41：计算非线性函数h(x)的差分

S42：根据微分中值定理，

其中，ζ，ζ_SOC分别表示状态变量及其三个分量；

S43：计算非线性函数h(x)关于状态量的导数：

S44：利用单边利普希茨条件，即存在矩阵Q使得：

其中，

S45：设计非线性观测器如下：

其中，是动态变化观测器增益，L为不变待定系数；

状态估计误差如下：

其中，表示状态估计误差，E＝[I₀,0]，F＝[0,I₀]，表示状态干扰和输出干扰的合成干扰，I₀表示对应维度的单位矩阵；

S5：采用H无穷法来减小剩余电量估计误差：

对于给定的标量和γ，如果存在矩阵P＝P^T>0和向量S满足如下线性矩阵不等式组：

其中：Π₁₁＝PA+A^TP-T₁SC-C^TS^TT₁^T+εI₀-2Q，L＝P^-1；

则对于给定衰减系数γ>0，有H无穷性能如下：

S6：采集电流电压数据，采用上述观测器进行剩余电量估计。

2.根据权利要求1所述的动力电池剩余电量估计方法，其特征在于，所述步骤S2中辨识出模型参数以及开路电压关于剩余电量的非线性函数的方法为：

S21：在电池断电静置过程中，得到电池电压测量数据关于静置时间的电池放电松弛电压响应曲线，并利用如下含待定参数的函数进行拟合：

由此得到上述的两个RC环时间常数：τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂，初始电压U₁(0)，U₂(0)；

S22：由一阶电路的响应得到：

S23：由τ₁＝R₁C₁，τ₂＝R₂C₂，以及式(6)得：

S24：由放电电压降得到R₀的内阻：

其中，ΔU为放电电压降；

S25：在实验室工况下，在剩余电量SOC∈[0,1]范围内，找n个SOC采样点，对于每个采样点静置t时长，得到对应SOC下的开路电压，采用最小二乘拟合方法得到开路电压关于剩余电量的函数U_OC(SOC)。