[发明专利]一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法及系统

说明书

本发明提供一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法及系统，首先利用离线模型快速消除初始误差的能力，然后利用双卡尔曼滤波算法快速寻优能力实现辨识在线模型参数并修正估算结果，最后利用电流积分法计算量小和增量SOC估算精度高特点，实现对电池整个放电过程中SOC高精度估算。本发明在估算SOC之前无需测试大量实验数据，可以大大节约测试成本。本发明在多种工况下快速消除初始误差之后SOC估算精度达到1.5％以内，正在实现高精度估算电池SOC值。本发明通过提高电池SOC估算精度的方法提升电池管理系统对电池的管理能力，实现降低电动汽车百公里电耗、延长电池使用寿命、降低电动汽车综合使用成本、提高电动汽车使用安全性的目标。

技术领域

本发明属于电池管理系统领域，具体为一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法及系统。

背景技术

自1886年第一辆汽车诞生以来，在一百多年时间里全球汽车保有量超过10亿辆，汽车已经成为人们出行和运输货物不可或缺的交通工具。一方面，传统汽车的动力源主要来源于石油，但石油属于不可再生能源，其总量正在日益减少，最终人类一定会面临石油紧缺甚至枯竭的问题。另一方面，汽车排放的尾气是空气污染物的重要来源之一。因此，近年来人类将目光转移到开发可再生能源和绿色能源技术上来，其中，大力发展电动汽车能够有效缓解石油快速消耗的压力和达到逐步改善空气质量的目标。

电动汽车销量逐年增长，但电动汽车起火事故也随之逐年攀升。导致电动汽车起火的主要原因分为两大类，其一，电池本身存在安全隐患；其二，电池管理系统没有起到切实有效的管理工作。大量科研工作者通过改变电池材料的性能、开发更安全体系的电池等手段提高电池使用安全性；有很多方法估算电池SOC，其中，电池解析模型与智能算法耦合的估算方法获得最广泛的研究与应用。电池解析模型主要有等效电路模型和电化学模型，电化学模型精度高，但非常复杂，主要应用于新电池体系的开发、电池失效机理分析等；等效电路模型结构简单、计算量小，被广泛应用于电池SOC在线估算，但模型精度不高，随着RC拓扑结构增加模型的复杂度将显著增加，精度改善不明显。

发明内容

针对上述技术难题，本发明提供一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法及系统。本发明实现了离线参数气液动力学电池模型、双卡尔曼滤波算法和电流积分法之间的耦合，首先利用离线模型快速消除初始误差的能力，然后利用双卡尔曼滤波算法快速寻优能力实现辨识在线模型参数并修正估算结果，最后利用电流积分法计算量小和增量SOC估算精度高特点，实现对电池整个放电过程中SOC高精度估算。

本发明的技术方案是：一种双卡尔曼滤波耦合气液动力学模型估算SOC的方法，包括如下步骤：

步骤一：定义初始量，第一个卡尔曼滤波估计协方差矩阵P、第二个卡尔曼滤波估计协方差矩阵PP，参数向量Para，所述参数向量Para＝[y₁,y₂,y₃,y₄]，第一个卡尔曼滤波传感器方差R、第二个卡尔曼滤波传感器方差RR，过程噪声q，额定容量Q_T，计数k，权重L和初始SOC₀；

步骤二：读取第k组电池数据，k＝1,2,3…，所述电池数据包括端电压、电流、温度、内阻中的一个或多个的组合；

步骤三：将第k组数据和初始开路电压f(SOC₀)，代入离线OCV模型估算开路电压E_OCV；所述初始开路电压f(SOC₀)通过初始SOC₀查SOC-OCV关系获得；

步骤四：将第k组数据、初始开路电压f(SOC₀)和估算的开路电压E_OCV，代入在线端电压模型估算端电压E_U₀；

步骤五：对所述在线端电压模型的四个参数[y₁,y₂,y₃,y₄]求偏导得到雅可比矩阵H；