采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法

针对单一的等效电路模型难以准确描述全时段的锂离子电池、估计电池荷电状态(SOC)准确度低的问题,提出采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法。利用电化学阻抗谱分析不同SOC下锂离子电池的阻抗分布,并以此构建等效电路模型来描述整个充放电过程中的锂离子电池,得到一种基于变阶RC模型的多模模型。利用贝叶斯定阶准则综合模型的准确度和实用性来确定具体阶数,采用带有遗忘因子的递推最小二乘法对模型参数进行在线辨识,利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)求得锂离子电池的实时SOC。在恒流工况以及动态应力测试工况下,与传统基于一阶RC模型和二阶RC模型的EKF算法进行了多组实验对比。结果表明:采用多模模型的联合算法在不同工况下估计的SOC精度提高了30%以上,并均可在两个迭代周期内追踪到准确值。     

基于元素注意门控复用的锂离子电池荷电状态估计

为了提高荷电状态(state-of-charge,SOC)估计精度,提出一种基于元素注意门的电池荷电状态递归神经网络,为输入向量的每个特征元素分配不同的重要程度,验证并分析不同神经元数量和隐藏层层数下的测试结果,利用确定的最优参数设置进行不同温度下的电池SOC估算,在不同电池特征参数下对SOC估计任务的重要性进行可视化分析。相同数据集的SOC估计精度表明,提出的网络模型在SOC估计任务中精度有明显提升。     

锂离子电池2种内阻测试方法关联性的研究

文章基于锂离子全电池及半电池体系，研究其在10%～90%荷电状态(state of charge, SOC)内直流阻抗(direct current resistance, DCR)与交流阻抗(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)之间的关联性。结果表明：在一定脉冲电流范围内，DCR的大小仅与脉冲时间有关；在1～100 mV的扰动电压范围内，EIS保持不变。当选取EIS谱图中交流阻抗处的时间常数t₍R_s+R_f+R_ct)作为DCR测试的脉冲时间时，对于全电池体系，2种阻抗测试方法在所考察的SOC范围内均具有较好的关联性，测得的阻抗值相对偏差小于14.2%;对于半电池体系，2种阻抗测试方法仅在40%～90%SOC内具有较好的关联性，得到的阻抗值相对偏差小于10.7%。该文将锂离子电池2种阻抗测试方法相关联，对锂离子电池阻抗的测试及分析具有一定的意义。     

基于温变双极化模型的锂离子电池荷电状态估计

电池荷电状态（SOC）的准确估计对延长电池使用寿命、提高电池利用率和保障电池安全性具有重要意义。在不同环境温度下进行了锂离子电池的基本性能试验和动态工况试验,建立了温变双极化等效电路模型。基于该模型,采用H无穷滤波算法代替传统的扩展卡尔曼滤波算法,在无需假设过程噪声和测量噪声均服从高斯分布的前提下,实现了SOC的精确估计。在考虑温变和电池模型存在误差的条件下进行验证,不同温度条件下的SOC估计最大误差保持在±0.03范围内,证明了所提出的SOC估计算法具有较高的温度适应性和鲁棒性。     

基于环境变量建模的锂电池SOC估计方法

通过对不同温度和锂电池荷电状态(SOC)下电池内部参数测定和评估,分析了影响参数变化的环境因素,建立了可变参数的锂电池Thevenin模型.讨论了模型的分段依据以及相关参数的测定和拟合方法,并采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对锂电池SOC进行估算,给出了基于温度修正的改进SOC估计方法.所提出的电池模型解决了现有算法中模型适用范围局限性的问题,仿真和实验结果表明,所建立的基于锂电池Thevenin模型的SOC估计方法在较宽的温度范围内都能够获得较高的估算精度.     

采用Morlet小波的锂电池相对健康状态估计

针对现有电池健康状态(SOH)估计方法存在估计精度低、计算量大等问题,提出了一种采用Morlet小波的锂电池相对健康状态估计方法。首先探究了电池电化学阻抗谱(EIS)与相对健康状态对应关系,然后获取电池实际工况下的电压电流数据,采用Morlet小波对所获得的电池电压和电流数据分别进行Morlet小波变换,用变换后的电压小波系数除以电流小波系数在线计算电池EIS,最后利用在线计算的EIS估计电池的相对健康状态。该方法无需进行大量实验,准确度高,计算快,能更好地应用于电动汽车中。在城市道路循环(UDDS)工况下对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,该方法可以准确估计出电池的相对健康状态,估计误差控制在3.3%以内。     

考虑温度的电池荷电状态估算和主被动均衡

电池的荷电状态(SOC)估算和电池均衡作为电池管理系统BMS的核心功能,对电池的一致性和使用寿命、安全等至关重要。在电池的工作期间,温度直接影响了电池的可用容量和放电特性,从而加剧了SOC的估算误差。因此,本文考虑了温度对电池的影响,对SOC估算方法进行了改进,并利用主被动均衡改善了单体一致性问题。首先,通过建立电池的热特性模型对电池的内部温度进行估计,将温度估计结果对扩展卡尔曼滤波(EKF)算法进行了改进,再使用该算法进行SOC估算。并分别在UDDS、DST、HPPC工况下验证了本文改进的算法对提高SOC估算精度的有效性。其次,以更高精度的SOC估算结果作为变量,本文提出了一种主被动均衡电路并合理设计了均衡策略。最后,在仿真验证下,本文改进的EKF算法显著提高了SOC的估算精度,并通过主被动均衡实现了DST工况下一组SOC极差为13%的六节单体电池之间的快速均衡。研究结果表明,本文改进的方法能有效降低温度带来的SOC估算误差,改善了电池单体间的不一致性问题。     

融合阻抗模型与扩展卡尔曼滤波的锂离子电池荷电状态估算

随着电动汽车(electric vehicles, EV)的发展,电池荷电状态(state of charge, SOC)估计受到越来越多关注。荷电状态的精确估计对于电动汽车的能量管理至关重要,然而,估算精度成为限制其发展的瓶颈。本文在阻抗谱分析基础上,利用恒相元件(constant phase element, CPE)导出简化的电池阻抗模型,从而建立模型的状态方程和观测方程;针对锂电池的非线性特性,引入扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering, EKF),通过在阻抗模型上与EKF算法的融合对锂离子电池进行SOC准确估算;建立电池测试台,通过仿真和电池动态工况试验验证。结果表明,与其他模型和EKF算法相比,所提出的SOC估算方法能有效提高SOC估算精度,并将误差控制在±1%以内,具有较好的收敛性和鲁棒性。     

锂离子动力电池荷电状态联合估计应用

为了进一步提高锂离子动力电池荷电状态(SOC)的估计精度问题,在分析了电池电压、温度、电流和放电电量对电池SOC值的影响后,提出了一种新颖的混沌萤火虫算法(chaos firefly algorithm,CAF)和小波神经网络(WNN)相结合的锂离子动力电池SOC联合估计方法,该方法首次利用于电池SOC值估计中,通过新颖的混沌萤火虫算法优化小波神经网络,加入动量项优化网络的权值和调整修正参数,提高了网络的学习效率和SOC估计精度。克服神经网络进化缓慢并且容易陷入局部最小的缺陷,通过仿真和电池实际工况下实验,结果表明与WNN算法相比,所提出的方法具有更高的预测精度,均方根误差小于2%,验证了这一算法的可行性和有效性。     

锂离子动力电池荷电状态联合估计

为了进一步提高锂离子动力电池荷电状态(SOC)的估计精度问题,在分析了电池电压、温度、电流和放电电量对电池SOC值的影响后,提出了一种新颖的混沌萤火虫算法(chaos firefly algorithm,CAF)和小波神经网络(WNN)相结合的锂离子动力电池SOC联合估计方法,该方法首次利用于电池SOC值估计中,通过新颖的混沌萤火虫算法优化小波神经网络,加入动量项优化网络的权值和调整修正参数,提高了网络的学习效率和SOC估计精度。克服神经网络进化缓慢并且容易陷入局部最小的缺陷,通过仿真和电池实际工况下实验,结果表明与WNN算法相比,所提出的方法具有更高的预测精度,均方根误差小于2%,验证了这一算法的可行性和有效性。     

一种基于IMM-ABSE算法的锂离子电池组SOC估算

信号噪声干扰、电池模型对温度与老化的适应性及单体不一致性等因素直接影响电池组电荷状态(State of Charge,SOC)估算精度.为实现锂离子电池组SOC的准确估计,提出了一种使用交互多模型(Interacting Multiple Model,IMM)和自适应电池状态估计器(Adaptive Battery State Estimator,ABSE)相结合的估算方法.首先,基于电池组综合特性建立电池交互模型,通过ABSE对单体SOC进行估算并嵌入IMM模型中.然后,计算各模型的信息分配因子,并根据信息分配因子对各模型的SOC进行概率融合,得到精度较高的电池组SOC.最后,在不同温度的组合工况下,评估该算法的鲁棒性和普适性.实验结果表明,该方法适用于系统输入信号存在噪声、全气候工况和单体间存在不一致性的环境,在有效充放电期间平均误差小于2%.     

不同温度下磷酸铁锂电池的模型参数敏感性分析

为实现电池的高精度状态估计,对磷酸铁锂电池进行了4个不同温度下的基础性能实验,同时设计了一种变温工况下获得全荷电状态（SOC）范围的开路电压实验方法,为建立考虑温度因素的二阶RC电池模型以及参数敏感性分析提供数据支持。此外,利用不同温度下的混合功率脉冲测试数据,基于粒子群优化算法辨识得到了不同温度下准确的模型参数。最后,基于单次单因子法对已建立的电池模型中各个参数进行敏感性分析,分析结果对考虑温度的参数辨识和状态估计工作具有借鉴意义。     

基于模型误差EKF-HIF算法的锂动力电池SOC联合估计

针对锂动力电池荷电状态(State of Charge,SOC)估计策略,提出了一种基于模型误差EKF-HIF算法的SOC联合估计方法。首先,通过建立电池等效电路模型,利用BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)预测该电池模型误差。其次,推导扩展卡尔曼滤波(EKF)和H∞滤波(H Infinity Filter,HIF)算法流程,根据模型误差选择不同算法进行SOC状态估计。最后,通过仿真验证了该联合估计算法的有效性和可行性。     

基于ECTLBO-ELM模型的荷电状态估计

电池的荷电状态(SOC)表示电池的可用容量,是电池管理系统重要参数之一。以锂离子电池为例,准确的估计可以提高其性能。为了建立锂离子电池的精确计算模型,提出了一种基于增强混沌教与学优化算法(ECTLBO)优化极限学习机(ELM)的SOC估计模型(ECTLBO-ELM)。在ECTLBO-ELM模型中,一是利用增强混沌优化策略对班级中最优个体进行混沌搜索以增强TLBO算法的全局优化性能;二是采用改进的TLBO算法优化ELM的输入权值和隐含层偏差,提高其估计性能。利用某10AH的锰酸锂电池的三种不同倍率下的放电实验数据集对提出的算法进行测试,为了揭示所提方法的性能,将结果与标准ELM算法进行比较。结果表明,该方法能较好地估计SOC。     

基于电化学机理模型的锂离子电池参数辨识及SOC估计

采用Fisher信息矩阵进行参数可辨识性分析,解决了参数的辨识问题,进而提出了基于简化电化学机理模型SP2D(simple pseudo-two-dimensional)的SOC(电池电量)在线估计方法。实验表明,该SOC估计方法较基于等效电路模型(一阶RC模型)的SOC估计方法,可将SOC估计的平均误差减小近30%,而在电池放电中后期更可减小达60%,有效解决了在电池全工作范围内的SOC高精度估计问题。     

改进的AUKF锂电池SOC估算算法研究

为了能够精确地估计锂电池的电池荷电状态(SOC),考虑了影响电池SOC估计精度的主要因素及传统电池SOC估计的优缺点,在自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的基础上,提出了一种改进的AUKF算法,并且对影响SOC估计的主要因素在算法上进行了参数校正。该算法基于电池的二阶RC等效电路模型,把每次测量的输出偏差协方差作为噪声协方差,得到改进的AUKF算法,使得噪声的协方差能够随着时间进行更新,解决了噪声的协方差为常量带来误差的问题。实验结果表明,利用改进后的AUKF算法可以精确地估算出电池SOC值。     

基于改进多频正弦激励的燃料电池电化学阻抗谱测量

由多个正弦波直接合成的多频正弦激励信号往往存在波峰因数（crest factor,CF）高,局部幅值大的缺点,不能直接应用于燃料电池电化学阻抗谱（electrochemistry impedance spectrum,EIS）测量。为解决这一问题,提出了一种通过粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）优化多频正弦信号各单频分量相位的方法,降低了多频正弦激励信号波峰因数。首先,根据燃料电池特性建立了燃料电池阻抗模型,并研究了基于多频正弦激励信号的燃料电池EIS测量方法。然后,从相位优化的角度出发,通过采用PSO优化相位的方法实现了波峰因数最小化目标。最后,分别搭建了燃料电池EIS测量系统仿真模型与实测平台进行测试分析和方案验证。仿真与实验结果表明：通过改进多频正弦激励信号测量的燃料电池EIS与其理论EIS基本一致。可见该激励信号可以用于燃料电池EIS高精度测量。     

采用迁移学习的小样本锂电池荷电状态估算方法

针对锂电池荷电状态(SOC)估算面临的大型数据集获取困难和训练速度慢的问题，结合深度学习和迁移学习提出一种小样本锂电池荷电状态估算方法。基于卷积-长短期记忆网络(CNN-LSTM)构建深度神经网络结构。在源域上采用K折交叉验证对NASA数据集进行划分，选取SOC估计性能最优的网络，利用目标域内具有多种工况和温度条件的Panasonic小样本数据进行迁移学习。为了提升方法的整体性能，分析了网络超参数对SOC估计结果的影响。实验结果表明：在相同的迭代次数下，该方法在不同的工况下可以较准确地实现小样本电池SOC估计，相较于非小样本迁移学习处理方法的均方根误差降低了47.29%。     

基于随机森林的锂离子电池荷电状态估算

荷电状态(state-of-charge,SOC)是锂离子电池预测和健康管理非常重要的一部分。锂离子电池的SOC无法直接测量,因此本文提出了基于随机森林回归算法的锂离子电池SOC估计的方法。首先构建随机森林回归模型,使用电池电流、电池电压、电池温度作为模型的训练输入,相对应的SOC作为模型的训练输出;然后使用随机森林算法进行模型训练;最后将训练模型应用于电池SOC估计。实验结果表明,随机森林回归算法对锂离子电池荷电状态的预测最大估算误差为0.02,均方根误差为0.003 204,该方法能有效地估算锂离子电池SOC并且有很高的估计精度。该模型研究为未来电池荷电状态估算系统的模型构建提供了参考。     

基于多新息卡尔曼滤波算法的锂电池SOC估计

针对锂离子电池荷电状态(SOC)较难准确获取的问题,依据锂电池等效电路模型,建立起各参数与SOC的联系,利用脉冲放电的数据对模型进行参数辨识.通过Mat-lab/Simulink验证了模型的正确性和精确性.将扩展卡尔曼滤波算法(EKF)融合多新息理论,建立了多新息扩展卡尔曼滤波算法(MIEKF)估计电池SOC的方法,该方法通过对旧信息的重复使用提高了EKF的估计精度.在美国城市道路循环工况(UDDS)下分别采用EKF和MIEKF算法来估计锂电池SOC,两者估计的最大误差分别为0.0176、0.0087.实验数据表明MIEKF算法估计电池SOC更准确.