[发明专利]基于离散滑模观测器的锂电池内部温度估计方法

摘要

本发明公开了一种基于离散滑模观测器的锂电池内部温度估计方法。它包括以下步骤：首先，建立用于内部温度估计的锂电池离散状态空间模型；其次，实时采集工况下锂电池的工作电压、工作电流、表面温度和外界环境温度；然后，在线辨识锂电池离散状态空间模型参数；最后，构建离散滑模观测器，实现对锂电池内部温度的实时估计。本发明方法不仅具有良好的温度估计效果，同时能够严格保证观测器的收敛性，且对锂电池热模型建模误差、模型参数的摄动和外部扰动表现出较强的鲁棒性。

主权项

1.一种基于离散滑模观测器的锂电池内部温度估计方法，包括对工况下锂电池表面温度和外界环境温度的采集，其特征在于，主要步骤如下：步骤1，根据锂电池内部与外壳之间的热平衡以及锂电池外壳与外界环境之间的热平衡，建立用于锂电池内部温度估计的离散状态空间模型：x(k+1)＝Adx(k)+Bdu(k)+w(k)   (1)y(k)＝Cdx(k)+v(k)    (2)其中，x(k)为锂电池在k时刻的状态变量，x(k)＝[Tia(k) Tsa(k)]T，Tia(k)为k时刻锂电池内部温度Tin(k)与外界环境温度Tamb(k)之间的相对温度值，Tia(k)＝Tin(k)‑Tamb(k)，Tsa(k)为k时刻锂电池表面温度Ts(k)与外界环境温度Tamb(k)之间的相对温度值，Tsa(k)＝Ts(k)‑Tamb(k)；x(k+1)为锂电池在(k+1)时刻的状态变量；u(k)为锂电池在k时刻的输入，u(k)＝Q(k)，Q(k)为k时刻锂电池的生热速率；y(k)为锂电池在k时刻的输出；v(k)为锂电池在k时刻的观测噪声；A_d为离散状态空间模型的系数矩阵，R_i为锂电池内部与锂电池外壳之间的等效热阻，R_o为锂电池外壳与外界环境之间的等效热阻，C_c为锂电池内部的等效比热容，C_s为锂电池外壳的比热容，C_s为常数，△t为采样时间；B_d为离散状态空间模型的输入矩阵，C_c为锂电池内部的等效比热容，△t为采样时间；Cd为离散状态空间模型的观测矩阵，Cd＝[0 1]，w(k)为锂电池在k时刻的过程噪声；步骤2，分别通过电压传感器和电流传感器实时采集工况下k时刻锂电池的工作电压U(k)和k时刻锂电池的工作电流I(k)，通过温度传感器实时采集工况下k时刻锂电池表面温度Ts(k)和外界环境温度Tamb(k)；步骤3，根据步骤2中采集到的k时刻锂电池工作电压U(k)、工作电流I(k)、表面温度Ts(k)和外界环境温度Tamb(k)，在线辨识步骤1中锂电池离散状态空间模型中的参数，包括锂电池内部与锂电池外壳之间的等效热阻Ri、锂电池外壳与外界环境之间的等效热阻Ro和锂电池内部的等效比热容Cc；步骤4，基于步骤1中建立的锂电池离散状态空间模型构建离散滑模观测器，并结合步骤2中采集到的k时刻锂电池工作电压U(k)、工作电流I(k)、表面温度T_s(k)和外界环境温度T_amb(k)以及步骤3中所辨识的锂电池离散状态空间模型参数R_i、R_o和C_c，实时获取T_ia(k)的估计值从而实时估计锂电池内部温度，锂电池内部温度T_in(k)的实时估计值为步骤4.1，构建离散滑模观测器的方程式如下：其中，为x(k)的估计值，为x(k+1)的估计值，为y(k)的估计值，L为离散滑模观测器的增益矩阵，M为饱和函数增益矩阵，为饱和函数，为边界层；步骤4.2，将步骤2中采集到的k时刻锂电池工作电压U(k)、工作电流I(k)作为信号输入，利用步骤4.1中所构建的离散滑模观测器得到状态变量T_ia(k)的实时估计值步骤4.3，根据步骤4.2得到的状态变量T_ia(k)的实时估计值和步骤3中采集到的k时刻外界环境温度T_amb(k)，同时结合表达式实时估计锂电池内部温度，得到k时刻锂电池内部温度T_in(k)的实时估计值