基于参数辨识与AEKF的锂电池SOC估计
发布时间：2021-08-18 18:33
荷电状态的精确估计对电动汽车中的电池管理系统具有重要意义。针对锂离子电池的特性,使用二阶RC等效电路模型,采用含遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识参数以满足模型精度的要求,结合基于新息自适应估计方法的扩展卡尔曼滤波算法（AEKF）完成锂离子电池荷电状态的准确估计。AEKF算法可以通过自适应噪声协方差匹配的方式来确切反映系统误差与过程误差对系统状态的影响。联合估计算法能够在模拟工况下实现更好的精度、收敛速度与自适应性。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?二阶ＲＣ等效电路模型??１．２最小二乘法拟合原理??
ｊＵｊ??究与设计??赶逄歧ｉ：??②?分别取充电静置时间段的端电压和放电静置时间段的??端电压，根据这些时刻下的ＳＯＣ分别确定两组数值，用这两??组数值分别拟合两条曲线。??③由两条曲线的均值得到ＯＣＶ－ＳＯＣ曲线，如图２所示。．??型则没有涉及到实际情况中的两种极化效应，所以这两种模??型不适合实际情况下ＳＯＣ的估计。ＧＮＬ模型则考虑了电池的??多种极化以及自放电现象，但是ＧＮＬ模型未知的参数较多，??参数的确定也较为复杂，目前状况下很难在实际中应用。??如图１所示的二阶ＲＣ模型中：１４为开路电压；Ｒ？为欧??姆内阻和Ｇ表示电化学的极化现象；《２和Ｑ表示浓差极??化现象；４为负载电流；１４为输出端的电压％??Ｃｌ?Ｃ：??Ｋ??图１?二阶ＲＣ等效电路模型??１．２最小二乘法拟合原理??最小二乘法是简单而有效的拟合算法＇对于非线性系统??可以给出较为准确的参数拟合结果Ｑ??建立系统，如式（１）：??ｙ（ｋ）?＝?ｆ（ｋ）６?＋?ｅ（ｋ）?（１）??式中：＃）为系统输出量＊时刻的值４为观测向量。??令：??（ｋ）?＝?［—ｙ（ｋ—＼）．．．—ｙ（ｋ—ｎ）?ｕ｛ｋ）．．．ｕ｛ｋ－ｎ）＼?＾??０?＝?［ａ，?．．．?ａｎ?＼?ｂ２?．．．?］??式中：ｕ（ｉ）为系统的第Ｊｃ次输入值；０为被辨识的参数矩阵。??取准则函数，见式（３）：??Ｊ（６）?＝?ＸｔｅＷ］２?＝?［ｙ（ｋ）?－ｆ（ｋ）ｅｎｙ（ｋ）－ｆ（ｋ）６］?（３）??ｉ＝ｌ??当及０）取最小值时，求出最小二乘法估计值，见式（４）：??ｅ＝［ｆ（ｋ）ｍｒ＇ｍｙ（ｋ）?（句??递推修正？，并引入遗忘因子，见式（５）：??§（ｋ＋１）?＝?
定茗）??噪声、状态协方差初始化??（设定尸。，２．，及〇）??ＡＵＫＦＷ?法??状态预估??（计算七）??误差协方差预估??（计算Ｋ）??究与设计??城市循环（ｕｒｂａｎ?ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ?ｄｒｉｖｉｎｇ?ｓｃｈｅｄｕｌｅ，ＵＤＤＳ）工况［１５］??的锂电池电流，该工况电流周期为１?３７０?ｓ，采样时间为１?ｓ。图??５为ＵＤＤＳ工况电流曲线图。??图４?联合估计算法Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型??０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００??ｔ／ｓ??图５?ＵＤＤＳ工况电流曲线??为了研究ＦＥＲＬＳ算法的辨识效果，利用图５所示的ＵＤ－??ＤＳ工况进行参数辨识并输人电池模型中，同样将仿真电流加??载到模型上，仿真时间为１７０?ｍｉｎ，大约循环７个周期。将仿真??得到的结果与参考端电压进行比较，可以直观地观察到模型??参数的精度。图６为仿真输出端电压对比图，图７为端电压对??比误差图。??Ｄ?２?０００?４?０００?６?０００?８?０００?１０?０００??＂Ｓ??图６?端电压对比??胃Ｉ一端电压对比误差??％ｉ??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．?１０??１５０４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]车用动力电池二阶RC建模及参数辨识[J]. 罗勇,赵小帅,祁朋伟,刘增玥,邓涛,李沛然. 储能科学与技术. 2019(04)
[2]基于在线参数辨识和AEKF的锂电池SOC估计[J]. 田茂飞,安治国,陈星,赵琳,李亚坤,司鑫. 储能科学与技术. 2019(04)
[3]用最小二乘法在线估计蓄电池荷电状态[J]. 李匡成,杨亚丽,陈涛,袁文涛. 电源技术. 2010(10)
[4]电动汽车SOC估计算法与电池管理系统的研究[J]. 黄文华,韩晓东,陈全世,林成涛. 汽车工程. 2007(03)
[5]IAE-adaptive Kalman filter for INS/GPS integrated navigation system[J]. Bian Hongwei~ 1,2 , Jin Zhihua~1 & Tian Weifeng~2 1. Dept. of Information Measurement Technology and Instruments, Shanghai Jiaotong Univ., Shanghai 200030, P. R. China; 2. Dept. of Electrical Engineering of Naval Univ. of Engineering, Wuhan 430033). Journal of Systems Engineering and Electronics. 2006(03)
[6]电动汽车电池功率输入等效电路模型的比较研究[J]. 林成涛,仇斌,陈全世. 汽车工程. 2006(03)
博士论文
[1]纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究[D]. 周飞鲲.吉林大学 2013
硕士论文
[1]电动汽车动力电池模型参数在线辨识及SOC估计[D]. 张禹轩.吉林大学 2014
本文编号：3350411
【文章来源】：电源技术. 2020,44(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?二阶ＲＣ等效电路模型??１．２最小二乘法拟合原理??
ｊＵｊ??究与设计??赶逄歧ｉ：??②?分别取充电静置时间段的端电压和放电静置时间段的??端电压，根据这些时刻下的ＳＯＣ分别确定两组数值，用这两??组数值分别拟合两条曲线。??③由两条曲线的均值得到ＯＣＶ－ＳＯＣ曲线，如图２所示。．??型则没有涉及到实际情况中的两种极化效应，所以这两种模??型不适合实际情况下ＳＯＣ的估计。ＧＮＬ模型则考虑了电池的??多种极化以及自放电现象，但是ＧＮＬ模型未知的参数较多，??参数的确定也较为复杂，目前状况下很难在实际中应用。??如图１所示的二阶ＲＣ模型中：１４为开路电压；Ｒ？为欧??姆内阻和Ｇ表示电化学的极化现象；《２和Ｑ表示浓差极??化现象；４为负载电流；１４为输出端的电压％??Ｃｌ?Ｃ：??Ｋ??图１?二阶ＲＣ等效电路模型??１．２最小二乘法拟合原理??最小二乘法是简单而有效的拟合算法＇对于非线性系统??可以给出较为准确的参数拟合结果Ｑ??建立系统，如式（１）：??ｙ（ｋ）?＝?ｆ（ｋ）６?＋?ｅ（ｋ）?（１）??式中：＃）为系统输出量＊时刻的值４为观测向量。??令：??（ｋ）?＝?［—ｙ（ｋ—＼）．．．—ｙ（ｋ—ｎ）?ｕ｛ｋ）．．．ｕ｛ｋ－ｎ）＼?＾??０?＝?［ａ，?．．．?ａｎ?＼?ｂ２?．．．?］??式中：ｕ（ｉ）为系统的第Ｊｃ次输入值；０为被辨识的参数矩阵。??取准则函数，见式（３）：??Ｊ（６）?＝?ＸｔｅＷ］２?＝?［ｙ（ｋ）?－ｆ（ｋ）ｅｎｙ（ｋ）－ｆ（ｋ）６］?（３）??ｉ＝ｌ??当及０）取最小值时，求出最小二乘法估计值，见式（４）：??ｅ＝［ｆ（ｋ）ｍｒ＇ｍｙ（ｋ）?（句??递推修正？，并引入遗忘因子，见式（５）：??§（ｋ＋１）?＝?
定茗）??噪声、状态协方差初始化??（设定尸。，２．，及〇）??ＡＵＫＦＷ?法??状态预估??（计算七）??误差协方差预估??（计算Ｋ）??究与设计??城市循环（ｕｒｂａｎ?ｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒ?ｄｒｉｖｉｎｇ?ｓｃｈｅｄｕｌｅ，ＵＤＤＳ）工况［１５］??的锂电池电流，该工况电流周期为１?３７０?ｓ，采样时间为１?ｓ。图??５为ＵＤＤＳ工况电流曲线图。??图４?联合估计算法Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型??０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００??ｔ／ｓ??图５?ＵＤＤＳ工况电流曲线??为了研究ＦＥＲＬＳ算法的辨识效果，利用图５所示的ＵＤ－??ＤＳ工况进行参数辨识并输人电池模型中，同样将仿真电流加??载到模型上，仿真时间为１７０?ｍｉｎ，大约循环７个周期。将仿真??得到的结果与参考端电压进行比较，可以直观地观察到模型??参数的精度。图６为仿真输出端电压对比图，图７为端电压对??比误差图。??Ｄ?２?０００?４?０００?６?０００?８?０００?１０?０００??＂Ｓ??图６?端电压对比??胃Ｉ一端电压对比误差??％ｉ??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．?１０??１５０４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]车用动力电池二阶RC建模及参数辨识[J]. 罗勇,赵小帅,祁朋伟,刘增玥,邓涛,李沛然. 储能科学与技术. 2019(04)
[2]基于在线参数辨识和AEKF的锂电池SOC估计[J]. 田茂飞,安治国,陈星,赵琳,李亚坤,司鑫. 储能科学与技术. 2019(04)
[3]用最小二乘法在线估计蓄电池荷电状态[J]. 李匡成,杨亚丽,陈涛,袁文涛. 电源技术. 2010(10)
[4]电动汽车SOC估计算法与电池管理系统的研究[J]. 黄文华,韩晓东,陈全世,林成涛. 汽车工程. 2007(03)
[5]IAE-adaptive Kalman filter for INS/GPS integrated navigation system[J]. Bian Hongwei~ 1,2 , Jin Zhihua~1 & Tian Weifeng~2 1. Dept. of Information Measurement Technology and Instruments, Shanghai Jiaotong Univ., Shanghai 200030, P. R. China; 2. Dept. of Electrical Engineering of Naval Univ. of Engineering, Wuhan 430033). Journal of Systems Engineering and Electronics. 2006(03)
[6]电动汽车电池功率输入等效电路模型的比较研究[J]. 林成涛,仇斌,陈全世. 汽车工程. 2006(03)
博士论文
[1]纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究[D]. 周飞鲲.吉林大学 2013
硕士论文
[1]电动汽车动力电池模型参数在线辨识及SOC估计[D]. 张禹轩.吉林大学 2014
本文编号：3350411
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