基于观测器的锂电池soc估算误差的定量分析方法
【专利摘要】本发明公开了电池荷电状态估算误差分析【技术领域】中的一种基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法。包括：确定SOC估算误差的稳态表达式，并根据SOC估算误差的稳态表达式确定影响SOC估算误差的因子；确定电池等效电路模型参数处于稳定状态的荷电状态区间，分别确定三种情况下的电池的SOC估算误差，根据三种情况下的电池的SOC估算误差分析因子对SOC估算误差的影响程度。本发明利用SOC估算误差的稳态表达式，从理论上定量的给出了影响SOC估算误差的因素，从而为后续改善SOC估算精度提供依据，确保基于观测器的SOC估算方法的估算效果。
【专利说明】基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电池荷电状态估算误差分析【技术领域】，尤其涉及一种基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法。
【背景技术】
[0002]通常，电池的荷电状态(State Of Charge, S0C)从容量的角度进行定义。如美国先进电池联合会(USABC)在其《电动汽车电池实验手册》中，将电池的SOC定义为剩余容量与实际容量的百分比。电池的SOC是纯电动汽车的重要性能参数之一，电池SOC的估算在电动汽车和智能电网的应用领域变得越来越重要。对于纯电动汽车而言，如果单独使用安时积分的方法估算电池S0C，会引入较大的累积误差，严重影响SOC的估算精度。电池管理系统是电动汽车中的一个重要部件，在线估算出电池的SOC是电池管理系统的关键问题之一，如果能够精确地估算出电池的S0C，就能为使用者提供电池剩余能量、续航里程等信息，同时也能够做到合理利用电池，避免对电池的损害，延长电池组的使用寿命。
[0003]目前除了对电流与时间进行积分的安时积分法外，还有其他一些常用的电池SOC估算方法，包括:开路电压法、电化学测试法、电池模型法、神经网络法、阻抗频谱法、卡尔曼滤波估算法以及基于观测器的估算方法(比如基于滑模观测器或者Luenberger观测器等的估算方法)，但这些方法都存在局限性。开路电压法需要将电池充分静置，不能满足在线估算；电化学方法需要专用测试设备支持；神经网络法需要大量试验和数据训练，且模型的自适应性有一定的限度；阻抗分析法受到温度和老化等因素的影响；卡尔曼滤波估算法难于消除由于电池温度和老化导致模型及其参数自身变化带来的误差，且该方法对数据处理能力要求较高，应用于串联成组电池时，如果将电池组看作是一个整体，估算精度会随着电池之间差异性增加而降低。这些方法的实际效果并不理想，要想提高SOC实时在线估算的精度，需要在测量手段、电池模型参数准确性等方面进行改善。
[0004]基于观测器的SOC估算是通过过程输出量来估计状态量，并且加入输出量的误差反馈，对安时法估算SOC进行修正，克服了安时法误差积累和需要知道SOC初值的缺点，极大提高了锂电池SOC的估算精度，估算误差可控制在3%以内，但使用该估算SOC的精确性需要由模型参数的准确性来保证的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法，用于确定影响SOC估算误差的因子及各因子对SOC估算误差的影响程度，为保证SOC估算精度提供依据。
[0006]为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法，其特征是所述方法包括:
[0007]步骤1:确定影响SOC估算误差的因子；
[0008]步骤2:分析所述因子对SOC估算误差的作用。
[0009]所述确定影响SOC估算误差的因子包括:
[0010]子步骤Al:确定SOC估算误差的稳态表达式；
[0011]所述SOC估算误差的稳态表达式为:
【权利要求】
1.一种基于观测器的锂电池SOC估算误差的定量分析方法，其特征是所述方法包括: 步骤1:确定影响SOC估算误差的因子； 步骤2:分析所述因子对SOC估算误差的作用。
2.根据权利要求1所述的定量分析方法，其特征是所述确定影响SOC估算误差的因子包括: 子步骤Al:确定SOC估算误差的稳态表达式； 所述SOC估算误差的稳态表达式为:
其中，esoc(t)为时刻t电池的荷电状态SOC估算误差； i为时刻t流过电池的电流； L2为增益系数； Oy为第j个荷电状态SOC区间的开路电压和荷电状态曲线斜率的估算值； H-^)为电池容量误差的倒数； Λ R,6为电池的总内阻误差； Aaj为第j个荷电状态SOC区间的开路电压和荷电状态曲线斜率的误差； Abj为第j个荷电状态SOC区间的开路电压和荷电状态曲线截距的误差； SOC (t)为时刻t电池的荷电状态SOC ； 子步骤A2:根据SOC估算误差的稳态表达式确定影响SOC估算误差的因子； 所述影响SOC估算误差的因子包括:第j个荷电状态SOC区间的开路电压和荷电状态曲线斜率的误差Aap第j个荷电状态SOC区间的开路电压和荷电状态曲线截距的误差Λ bj、电池的总内阻误差AR 6和电池容量误差AQ。
3.根据权利要求1或2所述的定量分析方法，其特征是所述步骤2包括: 子步骤B1:确定电池等效电路模型参数处于稳定状态的荷电状态区间； 子步骤B2:分别确定下述三种情况下的电池的SOC估算误差，包括: 情况1:取相同容量的若干锂电池，辨识各个锂电池的参数，取1/3C电流倍率，在所述因子取不同值时，确定SOC估算误差； 情况2:取不同容量的若干锂电池，辨识各个锂电池的参数，取1/3C电流倍率，在所述因子取不同值时，确定SOC估算误差； 情况3:取特定容量的一个锂电池，辨识所述锂电池的参数，电流倍率分别取0.5C、1C、.1.5C和2C，在不同倍率且所述因子取不同值时，确定SOC估算误差； 子步骤B3:根据上述三种情况下的电池的SOC估算误差分析所述因子对SOC估算误差的影响程度。
【文档编号】G01R31/36GK104076293SQ201410319719
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】张彩萍, 姜久春, 王乐一, 赵婷, 张维戈, 龚敏明, 王占国, 孙丙香, 时玮, 李雪, 庞松岭, 姜雪娇 申请人:北京交通大学, 海南电网公司