[发明专利]基于比例积分H∞观测器的锂离子电池剩余电量估计方法

摘要

本发明公开了一种基于比例积分H∞观测器的锂离子电池剩余电量估计方法，电流检测器和数模转换器将采集到的电压电流数据通过采集卡，再经低通滤波器将数据传输给剩余电量估计模块；建立二阶RC模型；利用电池包的电流电压响应辨识出模型参数以及开路电压关于剩余电量的非线性函数；对非线性函数部分提出了单边利普希茨条件，以保证非线性函数在观测器设计上起到积极作用；采用基于线性矩阵不等式的H∞设计判据的设计比例积分观测器。本发明能够减小传统按时积分算法的累积误差和对初值准确性的要求，所建立的模型能够有效地描述动力电池充放电的物理特性，能够实时估计剩余电量，收敛性好，估计精度高适用于电动汽车动力电池的剩余电量估计。

主权项

1.一种基于比例积分H∞观测器的锂离子电池剩余电量估计方法，其特征在于，包括一下步骤：S1：建立二阶RC模型的状态空间方程；S11：建立被控对象的等效电路模型：将电阻R0、R1、R2依次串联在电池包UOC的输出端，并将电容C1与电阻R1并联，电容C2与电阻R2并联；S12：根据上述等效模型建立系统的微分方程组；状态方程：输出方程：UT＝UOC(SOC)‑R0IT‑U1‑U2                        (2)其中，U1和U2分别表示电容C1和C2两端电压，IT为流经电阻R0的电流，SOC表示剩余电量，UOC(SOC)表示开路电压关于剩余电量SOC的函数，UT表示端电压，Qn表示额定容量；S13：由式(1)和式(2)转化为状态空间方程：其中：x＝[U1,U2,SOC]T，y＝UT，u＝IT，h(x)＝UOC(SOC)，x0是初始状态，以及其中，τ1＝R1C1，τ2＝R2C2为两个RC环的时间常数；S13：加入干扰项，得到：其中，ωx和ωy分别为系统的状态干扰项和输出干扰项；S2：辨识出模型参数R0、R1、R2、C1、C2以及开路电压关于剩余电量的非线性函数UOC(SOC)；S3：计算开路电压关于剩余电量的非线性函数导数的上下界：由于UOC(SOC)为单调函数，则其导数：S4：设计比例积分观测器；S41：计算非线性函数h(x)的差分：S42：根据微分中值定理，有其中，ζ_SOC分别为在x＝ζ时的U₁,U₂,SOC；S43：计算非线性函数h(x)关于状态量的导数：S44：利用单边利普希茨条件，即存在矩阵M使得：其中，S45：设计比例积分观测器如下：其中，Kp是PI观测器比例增益，Ki是PI观测器积分增益，z为输出误差的积分；状态估计误差如下：其中，表示状态估计误差，F＝[0,1,0]，表示状态干扰和输出干扰的合成干扰；S5：采用H∞方法来减小剩余电量估计误差；对于给定的标量γ，假设存在矩阵P＝PT>0，Q＝QT>0，N＝PKi和向量S满足如下线性矩阵不等式组：其中：Π₁₁＝PA+A^TP+T₁SC+C^TS^TT₁^T+I‑2M，K_p＝P^‑1；N＝PKi,α表示衰减系数；I0表示3x3的单位矩阵；则H∞性能如下：J(t)表示H∞性能的指标；S6：采集电流电压数据，采用上述观测器进行剩余电量估计。