專利名稱：混合動力車用動力鋰電池soc估計器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測試儀器，具體是混合動力車用動力鋰電池SOC估計器。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)九十年代以來，鋰離子電池作為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向之一，受到越來越多國內(nèi)外研究者的重視，并取得了重大的研究進(jìn)展。在應(yīng)用過程中，鋰離子電池充放電轉(zhuǎn)換頻繁、電流較大，對電池模型的動態(tài)特性、電池荷電狀態(tài)(電池荷電狀態(tài)簡稱soc，SOC為State of Charge的縮寫)的精度估算，直接關(guān)系電池管理系統(tǒng)的性能。電池的SOC被用來反映電池的剩余容量狀況。在工作過程中，系統(tǒng)控制器根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的電池SOC決定其控制策略，分配各個部分的能量流比例，優(yōu)化電池充放電功率。由于鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性和應(yīng)用環(huán)境的多樣性，傳統(tǒng)方法不能滿足電池動態(tài)性能的精確估計與分析，研究者將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向電池的數(shù)學(xué)模型與電池SOC的狀態(tài)分析上，提出Kalman濾波法和神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。其中Kalman濾波法是一種最優(yōu)化自同歸數(shù)據(jù)處理算法，通過對狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時最優(yōu)估計，能夠有效地提高SOC的估計精度，國內(nèi)多數(shù)專家致力于Kalman濾波應(yīng)用于動力電池SOC估計的研究，但是主要是以HEV氫鎳電池為研究重點(diǎn)。盡管已有研究者對擴(kuò)展Kalman濾波(EKF)和基于UKF的電池SOC預(yù)估算法仍在進(jìn)行著積極的研究和探索，得出重要的研究結(jié)論，但是研究較少且標(biāo)準(zhǔn)UKF方法忽略了量測粗差在SOC狀態(tài)估計中的影響程度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，用以大幅提高動力鋰電池的SOC量測過程中的預(yù)估精度，為鋰離子電池SOC預(yù)估算法理論的完善和發(fā)
展奠定基礎(chǔ)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，其包括用于檢測動力鋰電池電壓和電流的電壓/電流檢測模塊、用于檢測動力鋰電池溫度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、控制模塊、用于對動力鋰電池的放電管理的電子負(fù)載、PC、IXD顯示器，其特征是所述的控制模塊包括電池SOC估計單元，所述的數(shù)據(jù)采集器用于將所述電壓/電流檢測模塊、溫度傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸給電池SOC估計單元，所述的控制模塊依據(jù)電池SOC估計單元的估算對各數(shù)據(jù)分析后對動力鋰電池的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷控制所述電子負(fù)載和整車的工作狀態(tài)，所述的LCD顯示器連接在所述的控制模塊上用于顯示信息，所述的控制模塊通過USB接口連接至PC用于對動力鋰電池的電壓、電流、溫度和SOC進(jìn)行綜合分析、控制與測量。具體的，所述的控制模塊用stc89c51單片機(jī)。所述的電壓/電流檢測模塊由充/放電器、隔離模塊構(gòu)成。本實(shí)用新型的有益效果是I)實(shí)時監(jiān)測并顯示動力鋰電池運(yùn)行過程中的各種參數(shù)和工作狀態(tài)，包括電池充放電電壓、電流，溫度，電池實(shí)時容量等；2)通過對各運(yùn)行參數(shù)的采集分析，包括開路電壓、電流、溫度，采用模型參數(shù)擬合的數(shù)學(xué)方法，建立較精確的適用于混合動力車用蓄電池指標(biāo)的電池模型，確保動力鋰電池SOC估計算法的精確性；3)在所建立的動力鋰電池模型的基礎(chǔ)上，提出基于抗差UKF的新型動力鋰電池SOC估計算法，并建立濾波狀態(tài)方程與量測方程，推導(dǎo)算法流程，解決動力鋰電池SOC估算中存在的平臺電壓期間電池容量估計不準(zhǔn)確的現(xiàn)實(shí)問題；4)實(shí)時記錄動力鋰電池工作過程中的各種參數(shù)，并圖形化顯示重要參數(shù)的變化曲線，以此分析動力鋰電池電池的工作特性，控制整車工作狀態(tài)。

圖I是本實(shí)用新型的總體框圖；·圖2是本實(shí)用新型的硬件組成結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；圖3是本實(shí)用新型動力鋰電池的電池模型結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型的SOC估計算法流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，如圖1、2所示，其包括用于檢測動力鋰電池電壓和電流的電壓/電流檢測模塊、用于檢測動力鋰電池溫度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、控制模塊、用于對動力鋰電池的放電管理的電子負(fù)載、PC、IXD顯示器，控制模塊包括電池SOC估計單元，數(shù)據(jù)采集器用于將電壓/電流檢測模塊、溫度傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸給電池SOC估計單元，控制模塊依據(jù)電池SOC估計單元的估算對各數(shù)據(jù)分析后對動力鋰電池的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷控制電子負(fù)載和整車的工作狀態(tài)，LCD顯示器連接在控制模塊上用于顯示信息，控制模塊通過RS232USB接口連接至PC用于對動力鋰電池的電壓、電流、溫度和SOC進(jìn)行綜合分析、控制與測量。具體的，控制模塊用stc89c51單片機(jī)；電壓/電流檢測模塊由充/放電器、隔離模塊構(gòu)成?；谏鲜龌旌蟿恿囉脛恿︿囯姵豐OC估計器，可采用新型SOC估計算法動力鋰電池模型建立與仿真驗(yàn)證、模型參數(shù)查找表、基于抗差UKF的電池SOC估計算法狀態(tài)方程與量測方程、SOC估計算法步驟建立。I)電池模型，選用Thevenin模型作為抗差UKF算法的電池模型，因?yàn)樗茌^好地體現(xiàn)電池的動態(tài)性能，同時階數(shù)不高，減少了處理器的運(yùn)算，易于工程實(shí)現(xiàn)。此外，該模型還能夠準(zhǔn)確地反映電池電動勢與端電壓的關(guān)系，從而使閉環(huán)估計有較高的精度。2)新型SOC估計算法，UKF的抗差估計方法是在Kalman濾波中，當(dāng)觀測向量V存在粗差時(這里僅討論觀測向量中存在粗差的情形)，由標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波算法可知，狀態(tài)預(yù)
測|t、方差因子<@)都將受到粗差的影響。根據(jù)穩(wěn)健M估計等價權(quán)原理，通過分析增益矩
陣Kk，可以選取適當(dāng)?shù)臋?quán)函數(shù)代替觀測噪聲協(xié)方差陣，以減小或消除粗差對估計結(jié)構(gòu)的影響。等價權(quán)選定之后，重新利用廣義最小二乘原理，可導(dǎo)出UKF濾波的穩(wěn)健推廣估計的遞推方程。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的混合動力車用鋰電池的電池模型如圖3所示，模型中E(t)描述電池電動勢，與電池的SOC有固定的函數(shù)關(guān)系^描述電池的等效歐姆內(nèi)阻；&描述電池的極化內(nèi)阻，它與電容C并聯(lián)用于模擬電池充放電極化過程中表現(xiàn)出的動態(tài)特性。其中模型中的參數(shù)％、Rp C均可以通過試驗(yàn)利用系統(tǒng)參數(shù)辨識的方法得到，并且它們的值與工作環(huán)境、工作電流及其方向(充、放電)、壽命狀態(tài)等因素相關(guān)。從模型中可以得出電壓電流關(guān)系
權(quán)利要求1.混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，其包括用于檢測動力鋰電池電壓和電流的電壓/電流檢測模塊、用于檢測動力鋰電池溫度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、控制模塊、用于對動力鋰電池的放電管理的電子負(fù)載、PC、LCD顯示器，其特征是所述的控制模塊包括電池SOC估計單元，所述的數(shù)據(jù)采集器用于將所述電壓/電流檢測模塊、溫度傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸給電池SOC估計單元，所述的控制模塊依據(jù)電池SOC估計單元的估算對各數(shù)據(jù)分析后對動力鋰電池的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷控制所述電子負(fù)載和整車的工作狀態(tài)，所述的LCD顯示器連接在所述的控制模塊上用于顯示信息，所述的控制模塊通過USB接口連接至PC用于對動力鋰電池的電壓、電流、溫度和SOC進(jìn)行綜合分析、控制與測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，其特征是所述的控制模塊用stc89c51單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，其特征是所述的電壓/電流檢測模塊由充/放電器、隔離模塊構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混合動力車用動力鋰電池SOC估計器，屬于測試儀器，本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集器用于將電壓/電流檢測模塊、溫度傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸給電池SOC估計單元，控制模塊依據(jù)電池SOC估計單元的估算對各數(shù)據(jù)分析后對動力鋰電池的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷控制電子負(fù)載和整車的工作狀態(tài)，LCD顯示器連接在控制模塊上用于顯示信息，控制模塊通過RS232USB接口連接至PC用于對動力鋰電池的電壓、電流、溫度和SOC進(jìn)行綜合分析、控制與測量。本實(shí)用新型提出將抗差UKF應(yīng)用于動力鋰電池的SOC估算中，該方法將開路/AH法與抗差UKF估計理論相結(jié)合，克服傳統(tǒng)估算方法無法消除累積誤差的缺點(diǎn)。
文檔編號G01R31/36GK202794475SQ20122030904
公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者汪秋婷 申請人:浙江大學(xué)城市學(xué)院