[发明专利]利用车载充电机辨识电池参数的电池荷电状态估计方法

摘要

本发明涉及利用车载充电机辨识电池参数的电池荷电状态估计方法。通过电动汽车车载双向充电机对电池进行脉冲实验辨识电池模型参数，利用双向充电机对电池深度充放电重新标定电池容量，再根据更新的电池参数进行扩展卡尔曼滤波估计电池荷电状态SOC，从而克服了老化引起的电池参数变化对电池SOC估算精度的影响。不仅可以有效跟踪变化的电池参数，且对初始数据的选择没有依赖性；通过车载双向充电机对电池充放电辨识电池参数，充分利用了电动汽车自身具备电力电子变换装置的优势；整个参数辨识过程中，电池释放出的电能反馈并入电网，能量损耗小；方法简单易行，避免了传统离线辨识电池参数方法需要将电池箱拆卸的繁琐操作。

主权项

1.一种利用车载充电机辨识电池参数的电池荷电状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)辨识电池模型参数；(2)重新标定电池容量；(3)利用步骤(1)中辨识得到的参数使用扩展卡尔曼滤波算法估计电池荷电状态SOC；步骤(1)具体包括如下步骤：(1‑1)建立动力电池等效电路模型；(1‑2)利用车载充电机对电池进行脉冲实验，记录电池电压响应曲线；(1‑3)建立电池等效电路模型参数的电路方程，辨识电池模型参数；步骤(1‑1)中采用改进型PNGV等效电路模型；该电路模型由两个并联的等效极化电阻和等效极化电容与等效欧姆内阻串联而成，电压源和大电容串联代表电池的开路电压；步骤(1‑2)中，电池管理系统通过CAN通信向车载充电机发送脉冲实验指令，利用车载充电机对电池进行短时间恒流充电脉冲过程，再将电池静置至端电压稳定；在此同时，利用电池管理系统的电压采样单元记录脉冲实验全过程的电池端电压响应曲线；步骤(1‑3)建立电池模型参数之间的关系式，由电池等效模型及脉冲实验的电压响应曲线可得：R0＝ΔU/I                           (1)其中，ΔU为充电开始时刻垂直上升的电压差，I为充电电流，R0为欧姆内阻；ΔQ为充电电量，由电池管理系统通过安时积分计算得到，Uoc为静置时刻的开路电压，ΔUoc为充电引起的开路电压差，电容Cb描述电流积累产生的开路电压变化；由此可计算得出电池模型参数R0和Cb；充电结束后电池端电压缓慢下降过程所对应的双RC并联环节零输入响应的关系表达式为：up＝up1+up2＝Uo1exp(‑t/τ1)+Uo2exp(‑t/τ2)             (4)其中Uo1和Uo2分别为初始极化电压，τ1和τ2分别为两个RC并联环节的时间常数，τ1＝Cp1Rp1，τ2＝Cp2Rp2；up1和up2分别代表的是两个RC并联环节上的极化电压压降，up代表总的极化压降；利用电池管理系统记录的实验数据以上式为目标式进行曲线拟合，得到时间常数τ1和τ2；充电过程中电池端电压上升过程对应的双RC并联环节零状态响应的关系表达式为：其中，U2为充电开始时刻电压垂直上升后的起点值，uL为电池端电压；同理利用曲线拟合得到两个极化电阻参数Rp1和Rp2，由时间常数计算公式τ1＝Cp1Rp1，τ2＝Cp2Rp2得到极化电容参数Cp1和Cp2；步骤(2)中具体包括如下步骤：(2‑1)利用车载充电机对电池进行深度充放电实验；(2‑2)在电池充电过程中，利用安时积分重新标定电池容量；步骤(2‑1)中，首先电池管理系统通过CAN通信向车载双向充电机发送电池放电命令，接着充电机开始反向工作，对电池进行深度放电，直到电池电压下降到最低截止电压为止；在此过程中电池所释放的电能将由车载充电机反向并入电网；随后，电池管理系统发送电池充电命令，车载充电机正向工作，对电池进行恒流充电，将电网能量充入电池，直到电池电压上升到最高截止电压为止；步骤(2‑2)中，在(2‑1)恒流充电过程内，电池管理系统的电流检测单元实时采样电池充电电流，并利用安时积分计算出总充电容量，进而对电池总容量进行重新标定，并由此估算出电池健康状态SOH：Qnew＝∫ηi(t)dt                          (6)其中，Qnew表示电池老化后的能放出的总电池容量，Q0表示电池出厂时的电池额定容量，η表示电池充放电效率，i(t)表示电池充电电流；步骤(3)需实时执行，更新状态变量，以得到实时的SOC值；步骤(1)和步骤(2)中，辨识电池参数和标定电池容量只需每隔一段时间定期执行一次，以消除长时间电池老化引起的电池参数变化对SOC估算的影响；当辨识参数的执行周期到达时，则先执行步骤(1)和步骤(2)，辨识电池模型参数并重新标定电池容量，然后再根据辨识得到的参数执行步骤(3)更新状态变量；否则在每一时刻只执行步骤(3)，利用扩展卡尔曼滤波的五个方程循环迭代更新状态变量，来估算电池荷电状态SOC。