[发明专利]一种动力电池全生命周期内SOC和容量在线联合估计方法

权利要求书

1.一种动力电池全生命周期内SOC和容量在线联合估计方法，其特征在于：方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据所述动力电池测试数据建立电池容量动态特性模型，并基于动态容量对SOC进行修正；

步骤2：根据所述测试数据在等效电路模型的基础上建立考虑电池容量动态特性的混合电池模型，并提出了改进粒子群算法在线辨识包括开路电压在内的电池等效电路模型参数；

步骤3：基于所述混合电池模型建立非线性PI观测器估计电池SOC，并利用特定时间内的累计电荷量、电池开路电压和不可用容量的变化在线估计电池当前老化状态下的最大可用容量。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

2.1将电池容量分为可用容量和储存容量，储存容量需转换成可用容量才能输出，无法转换的容量则为不可用容量，对应不可用容量的离散方程为：

其中，C_not表示电池当前工作状态下的不可用容量，δ(t₀)表示电池可用容量部分和储存容量部分之间的初始高度差，I表示电池的工作电流，c表示某一工况下电池放出的实际电量与当前老化状态下的电池最大可用容量的比值，k′反映储存容量转换成可用容量的能力。

2.2在SOC定义中引入电池不可用容量，对应修正后的SOC为：

其中，SOC_EA(t)表示t时刻的电池SOC，C_available(t)表示t时刻电池在当前放电条件下的剩余可用电量，C_max表示电池当前老化状态下的最大可用容量。根据实际老化状态下的电池参数，采用基于模型和滤波器的方法估计电池SOC。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

3.1将开路电压作为辨识对象，根据Thevenin模型的离散数学表达式为：

ΔV₀＝R₀ΔI+(R₀+R₁)I/(R₁C₁)-V₀/(R₁C₁)+E₀/(R₁C₁)

＝[R₀ (R₀+R₁)/(R₁C₁) -1/(R₁C₁) E₀/(R₁C₁)]·[ΔI I V₀ 1]^T

＝[θ₁ θ₂ θ₃ θ₄]·[μ₁ μ₂ μ₃ μ₄]^T

其中，R₀表示电池的欧姆内阻，R₁表示电池的极化电阻，C₁表示电池的极化电容，V₀表示电池的端电压，E₀表示电池的开路电压，θ(R₀,R₁,C₁,E₀)＝[θ₁ θ₂ θ₃ θ₄]为待辨识参数矩阵，μ(I,V₀)＝[μ₁ μ₂ μ₃ μ₄]为系统输入矩阵；

3.2随机生成n个维度为M的粒子并为每个粒子初始化惯性系数ω₀，其中N代表粒子群中的粒子总数，M代表需要辨识的参数个数；

3.3随机指定粒子群中的一个粒子作为当前初始全局最优粒子，该粒子各维度对应的值分别对应Thevenin模型中的各个参数；

3.4使用当前的电池模型参数和采集的t时刻电池电流和端电压数据，利用电池模型离散数学表达式计算得到t时刻电池端电压的估计值

3.5更新所有粒子的适应度值，将端电压估计误差最小的粒子选取为当前时刻的参数最优粒子；

3.6更新粒子的速度和位置，粒子的惯性系数按照指数衰减的方式变化，t+1时刻粒子位置和速度为：

ω^k＝ω₀·e^-α·k/N

其中，ζ和η为[0,1]之间的随机数。c₁和c₂为学习因子。P_i,j为第i个粒子的个体最优位置，P_g为全局最优粒子的位置，为第i个粒子在第k次迭代之后的位置，ω_k为粒子在第k次迭代之后的惯性系数，ω₀为粒子初始惯性系数，α为粒子惯性系数的衰减指数，N为粒子群算法每次参数辨识过程中设定的迭代次数。

3.7用N次迭代之后粒子群中的全局最优粒子的位置作为电池当前状态下的参数辨识结果。由于电池参数是缓变参数，利用蒙特卡洛理论在当前时刻最优解附件重新生成随机粒子群并初始化惯性系数。

3.8重复执行步骤3.4-步骤3.7，用前一采样时刻得到的全局最优粒子作为下一时刻的初始全局最优粒子，实现电池参数的实时在线辨识。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

4.1基于在线辨识的电池开路电压和实验测试结果重构开路电压表达式：

其中，E_0,offline为离线拟合的开路电压，E_0,online为在线辨识的开路电压，λ和β为开路电压离线和在线估计结果的比例系数，和为重构后的开路电压表达式系数。

4.2基于所述混合电池模型更新动力电池状态空间方程：

其中，

式中，x_t表示电池系统t时刻的状态向量，u_t表示t时刻的输入向量，y_t表示t时刻电池模型的输出结果；采用非线性PI观测器结合不同老化状态下的电池最大可用容量，对所述电池系统的SOC进行在线估计，得到t时刻的电池SOC估计值SOC_t。

4.3权利要求所述电池不同老化状态下的最大可用容量通过以下方式计算：

通过SOC的定义反推获得电池容量估计表达式，同时在容量估计过程中考虑了不可用容量部分。电池SOC(t₁)和SOC(t₂)分别为t₁和t₂采样时刻对应的电池SOC，利用在线辨识的开路电压数据通过OCV-SOC表查表获得。