[发明专利]一种基于降维观测器的动力电池SOC估计方法

摘要

本发明公开的一种基于降维观测器的动力电池SOC估计方法，包括步骤：一、电池模型结构建立；二、电池未知参数辨识；三、电池荷电状态SOC估计。本发明针对锂离子电池，在考虑电池内阻和松弛效应的情况下，设计了一种降维观测器，结合开路电压法和库伦计量法进行电池SOC的实时估计，计算量小、估计精度高，有效克服了SOC初值选取和系统不确定性造成的误差。

主权项

1.一种基于降维观测器的动力电池SOC估计方法，其特征在于：包括离线测试和在线测试两部分，具体包括以下步骤：一、电池模型结构建立根据电池的电学特性建立电池的等效电路，该等效电路为电池电路中串联的一个RC并联电路，i_L和v_T分别表示电路端口电流和端口电压，Q_R表示电池的额定容量，R₀表示电池的内阻，R和C的并联电路反映电池的松弛效应，V_RC表示RC并联电路两端的电压；将开路电压与SOC之间的非线性关系通过可控电压源来表示，具体是用函数f(·)表示通过若干次实验得到开路电压v_oc与SOC之间的非线性关系，如下：v_oc＝f(SOC)＝a₁×SOC+a₀   (1)其中，a₁是反映开路电压与SOC关系的变化趋势，a₀是电池SOC为0时v_oc的大小；选取状态变量x＝[SOC,v_oc]^T，输入变量u＝i_L，输出变量y＝v_T，建立电池的状态空间模型：二、电池未知参数辨识步骤一的状态空间模型含有未知参数{a₀,R,C,R₀,a₁}，根据电池状态空间模型可得到电池的传递函数为：对式(3)进行z变换后得：其中，各系数的表达式如下所示：将式(4)变换到时域后为：y(k)＝‑b₁y(k‑1)‑b₂y(k‑2)+a₀(1+b₁+b₂)+c₀u(k)+c₁u(k‑1)+c₂u(k‑2)     (6)；根据式(5)中b₁、b₂的表达式可知1+b₁+b₂＝0，表示参数a₀不会影响输出y(k)，通过求解{b₁,b₂,c₀,c₁,c₂}可以辨识得到模型未知参数三、电池荷电状态SOC估计根据步骤二辨识到的参数得到RC并联电路和内阻上的电压降V_RC、R₀i_L，通过将输出端口电压v_T和V_RC、R₀i_L作差计算v_oc，然后将v_oc作为电池系统的输出，并建立如下降维观测器方程：其中，即f(SOC)为v_oc与SOC的非线性函数关系式，L是观测器的增益；通过该降维观测器准确估计出电池SOC。