[发明专利]一种多锂电池并联系统的SOC状态估计方法

说明书

本发明涉及一种多锂电池并联系统的SOC状态估计方法，包括以下步骤：步骤S1：搭建多锂电池系统的物理模型；步骤S2：根据物理学原理以及T‑S模糊模型的表达方法，建立多锂电池系统模型；步骤S3：针对步骤S2所建立的多锂电池系统模型，设计SOC模糊观测器，对多锂电池的荷电状态进行估计，使得多锂电池SOC估计误差系统渐进稳定；步骤S4：基于步骤S3设计的SOC模糊观测器，进一步设计基于观测器的模糊控制器，用以保证多锂电池闭环控制系统的稳定。本发明考虑了真实的工况，设计了模糊观测器和模糊控制器，使得系统能够更加稳定运行。

技术领域

本发明涉及锂电池系统设计领域，特别是一种多锂电池并联系统的SOC状态估计方法。

背景技术

锂电池以重量轻、安全性、无污染等优异性能被广泛应用作为储能或供电系统。然而单一锂电池无法满足大容量供储电的需求，因此需要多锂电池的组合使用。准确的荷电状态(SOC)的估计对提高多锂电池的稳定运行和经济性能都具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种多锂电池并联系统的SOC状态估计方法。考虑了真实的工况，设计了模糊观测器和模糊控制器，使得系统能够更加稳定运行。

本发明采用以下方案实现：一种多锂电池并联系统的SOC状态估计方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建多锂电池系统的物理模型，其中，所述锂电池系统包括能源互联网AC母线、双向DC/AC模块以及一个以上的锂电池；每个锂电池经所述双向DC/AC模块与能源互联网AC母线相连；

步骤S2：根据物理学原理以及T-S模糊模型的表达方法，建立多锂电池系统模型；

步骤S3：考虑到锂电池的SOC运行状态对于能源互联网的稳定工作显得非常重要。针对步骤S2所建立的多锂电池系统模型，设计SOC模糊观测器，对多锂电池的荷电状态进行估计，使得多锂电池SOC估计误差系统渐进稳定；

步骤S4：基于步骤S3设计的SOC模糊观测器，进一步设计基于观测器的模糊控制器，用以保证多锂电池闭环控制系统的稳定。

进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：首先建立基于单粒子模型的锂离子电池系统，其偏微分方程如下公式所示：

式中，是正极和负极的锂离子浓度，表示锂高低浓度的有效扩散系数，r表示锂浓度的扩散半径；

其中锂离子边界浓度满足如下条件：

式中，±I是充放电电流；R^±是固体有效半径边界；预设的面积边界计算为其中是活性物质体积系数边界，是活性物质的半径；F是法拉第常数；A是电流集合区域；L^±是电极的长度；

步骤S22：基于动力学、电势和电极热力学性质得出输出电压的关系式如下：

式中，V是输出电压；是通用气体常数；T是温度；ε⁺是活性物质体积系数上界；是预设的面积上界；L^-是电极长度的下界；和分别是正极和负极的表面浓度；R_f是接触膜电阻；I是充电电流；U⁺和U^-分别是正极和负极的开路电位；为交换电流强度的上界，为交换电流强度的下界，得到：

式中，是锂电池发电系数，是锂电池充电系数；λ_e是锂电池表面浓度系数；是锂电池表面浓度上界，表示锂电池表面浓度下界；