[发明专利]锂离子电池荷电状态估计方法

摘要

一种锂离子电池荷电状态估计方法，属于电池荷电测试领域。本发明提供了一种基于分数阶Kalman滤波方法估计锂离子电池荷电状态（SOC）的方法。本发明的具体步骤是：建立锂离子电池的分数阶状态空间模型，通过拟合得到开路电压和荷电状态之间关系曲线，使用分数阶Kalman的方法，估计锂电池荷电状态。本发明更好地模拟电池内部复杂的电化学反应、提高锂离子电池的建模精度，进而提高锂离子电池荷电状态（SOC）的估计精度。

主权项

一种锂离子电池荷电状态估计方法，其特征在于：a、根据锂离子电池的阻抗谱特性，建立锂离子电池的分数阶状态空间模型，其状态方程和输出方程如式(6)所示(6)其中，，，，其中，是系统状态，是Warburg器件(系数为)和电阻(阻值为)并联的回路的端电压，为Warburg器件(系数为)的端电压，为锂离子电池荷电状态；为电池内阻阻值；为电池额定容量；为系统输入，即电池充放电电流；为系统输出，为电池端电压，为待定参数；为待定参数；为系统各状态的阶数，为的阶数，为的阶数，为荷电状态的阶数；对公式(6)离散化，根据Grünwalde Letnikov公式，得到系统的离散化的分数阶状态空间方程；考虑过程噪声和测量噪声，可以得到如公式(11)所示的离散化的分数阶状态空间方程：(11)其中，是时刻的系统状态；是时刻的系统输出；是时刻的系统输入；是系统的过程噪声；是测量噪声；和是互不相关的、零均值高斯白噪声，且，，是Kronecker冲击函数；，，和为离散化后的系数矩阵；为采样间隔；变量，；b、对动力电池进行充放电静置实验，通过拟合得到开路电压和荷电状态（SOC）之间关系曲线，通过拟合曲线得到公式(5)中参数和；c、在时域和频域中辨识得到公式(6)中未知参数；在频域中，通过阻抗谱拟合的方法，得到公式(6)中的系统状态的阶数矩阵；在时域中，通过输出误差辨识方法，得到公式(6)中矩阵和的参数；d、对公式(11)所表示的分数阶离散状态空间方程，使用分数阶Kalman的方法，估计锂电池荷电状态（SOC）值；具体步骤为：（1）初始化时，确定过程噪声的方差、测量噪声的方差、 初始状态估计值、初始状态的协方差；（2）滚动更新在时刻，状态预测：协方差预测：滤波增益更新：状态更新：协方差更新：（3）保存每个循环时刻的估计状态和协方差，用于以后时刻迭代；（4）分离系统状态，即可得到滚动更新的锂电池荷电状态值。