[发明专利]一种具有温度补偿功能的锂电池电荷状态估算方法

权利要求书

1.一种具有温度补偿功能的锂电池电荷状态估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立各单体锂电池二阶RC网络等效电路模型；

步骤2、建立单体锂电池温度模型；

dE_e＝m*C_p*dT_r (2)

Q_loss＝Q_conv+Q_cond (4)

Q_conv＝h_conv1S_area(T_r-T_air)+h_cnovS_2area(T_y-T)_z (5)

其中，k表示时间步长；E_e表示电池内部能量；Q_gen(k)表示电池内部产热速率；m表示电池质量，m0；C_p表示电池比热容，取值为130-880J/kg/K；R₀(SOC_k,T_b)_k表示电池内阻；I表示工作电流；与分别表示时间步长k处电池内部电化学极化电压与浓差极化电压；R₁(SOC_k,T_b)_k表示时间步长k处电化学极化内阻；R₂(SOC_k,T_b)_k表示时间步长k处浓差极化内阻；h_conv1表示空气与锂电池之间对流换热系数，其取值为5-10W/(m²*K)；h_conv2表示锂电池与锂电池之间对流换热系数，取值为5-10W/(m²*K)；S_area表示热交换面积，取值大于0；k_T表示材料导热系数，取值为100-300W/(m*K)；A表示垂直于热流方向的面积，取值大于0；D表示层间距离，取值大于0；T_r表示第r节单体电池温度；T_y表示单体电池y的温度；T_z表示单体电池z的温度；联立以上公式求解，即可得出各单体电池温度；

步骤3、建立单体锂电池二阶RC网络等效电路的离散状态空间模型；

步骤4、以步骤一的各单体锂电池二阶RC网络等效电路模型、步骤二的单体锂电池温度模型以及步骤三的单体锂电池二阶RC网络等效电路的离散状态空间模型为基础，利用无迹卡尔曼滤波算法估算锂电池的电荷状态。

2.如权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的锂电池电荷状态估算方法，其特征在于：单体锂电池二阶RC网络等效电路的离散状态空间模型为：

其中，Ts为采样时间，W_k为过程噪声，SOC_k表示时间步长k处锂电池的荷电状态，Cq表示锂电池额定容量，C₁(SOC_k,T_b)_k，C₂(SOC_k,T_b)_k分别表示时间步长k处的锂电池电化学极化电容和浓差极化电容，表示时间步长k处测量输出电压，E_m(SOC_k,T_b)_k表示时间步长k处开路电压，V_k为测量噪声，I表示工作电流。

3.如权利要求2所述的一种具有温度补偿功能的锂电池电荷状态估算方法，其特征在于：利用无迹卡尔曼滤波算法估算锂电池的电荷状态的具体方法是：

步骤4.1、使用状态初始值x[0]和状态估计误差协方差P初始化滤波器：

是状态估计，表示使用在时间步长0,1,2,…,k_b的测量值对在时间步长K_a的状态估计，这里其中，SOC₀∈[0,1],分别表示锂电池电荷状态、浓差极化电压电化学极化电压的初始估计协方差，

步骤4.2、对每一个时间步长k，使用测量数据y[k]更新状态估计和状态估计误差协方差：

4.2.a、在时间步长k处选择ε点

其中，c＝α²(M+ζ)，α取值为[0,1]，ζ取值为0，M取值为3；

4.2.b、根据方程式(8)计算每个ε点的预测测量值

其中，u_m[k]表示时间步长k处方程式(8)的输入；

4.2.c、将每个ε点的预测测量值结合起来得到时间步长k处的预测测量值

4.2.d、估计步骤4.2.c得到的时间步长k处的预测测量值协方差

其中，R[k]为时间步长k处的测量噪声协方差矩阵，取值为[0,1]，β取值为2；

4.2.e、估计与之间的互协方差

4.2.f、得到在时间步长k处所估计的状态变量值及状态估计误差协方差

其中，为卡尔曼增益矩阵；

步骤4.3、预测下一时间步长的状态变量值及状态估计误差协方差

4.3.a、选择时间步长k处的ε点

4.3.b、根据方程式(7)计算每一个ε点的所预测的状态变量值

其中，u_s[k]表示表示时间步长k处方程式(7)的输入；

4.3.c、结合每一个ε点的所预测的状态变量值得到步长k+1处的预测状态量值

4.3.d、计算步骤4.3.c得到的步长k+1处的预测状态量值协方差

其中，为过程噪声协方差矩阵，