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。     

基于卡尔曼滤波的动力电池SOC估算

由于传统无迹卡尔曼滤波估算方法具有局限性,为了能准确估算动力电池荷电状态(state of charge,SOC),提出了一种基于无迹卡尔曼粒子滤波的动力电池SOC估算方法.以三元锂电池为研究对象,建立了电池二阶RC等效电路模型,通过对电池进行充放电试验辨识出模型参数,并验证模型准确性.采集了实际工况下的电池数据,分别用无迹卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法和无迹卡尔曼粒子滤波算法估算电池SOC,在MATLAB中进行了仿真试验,并对估算的电池SOC进行比较.结果表明：无迹卡尔曼粒子滤波算法可以快速准确地估算出电池SOC,误差小于2.5%,优于另外2种算法.     

基于深度强化学习卡尔曼滤波锂离子电池SOC估计

针对锂离子电池的荷电状态(state of charge,SOC)估算精度,设计了一种基于深度强化学习卡尔曼滤波锂离子电池SOC估计算法.首先以锂离子电池二阶RC等效电路为研究对象,应用卡尔曼滤波算法,构建了锂离子电池的离散系统数学模型;然后结合深度强化学习思想,构造了一种深度强化学习卡尔曼滤波算法,该算法利用贝叶斯规则确保最佳协方差.仿真结果表明,深度强化学习卡尔曼滤波算法对锂离子电池荷电状态的精度有较好的估计.     

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。     

阶次自适应AR等效电路模型的锂电池SOC滑模观测

基于等效电路模型的一类车载动力电池剩余荷电状态(state of charge，SOC)的估算方法，其估算精度高度依赖于模型精度，模型精度又正比于模型复杂度，以至于难以较好地应用于嵌入式控制单元.提出复杂度相对较低、能够自适应确定最优模型阶次的全新等效电路模型——基于阶次自适应AR模型的车载动力电池等效电路灰箱模型.基于此灰箱模型，给出锂离子电池SOC的滑模观测器设计推导及能观性、收敛性证明.结果表明，本文提出的基于阶次自适应AR等效电路灰箱模型的滑模观测器SOC估算方法(adaptive autoregressive-sliding mode observer，AAR-SMO)具有低模型复杂度、高精度、强鲁棒性及快速收敛等性能.     

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%.     

电动汽车锂离子电池组参数辨识与SOC估计

针对电动汽车用锂离子电池组,提出了一种能修正初始误差的荷电状态估算方法,即采用扩展卡尔曼滤波与安时积分的组合算法.在分析电池各种等效电路模型优缺点的基础上,选用具有双阻容并联网络的PNGV改进型电池模型,并以某锂电池为实验对象,对其进行模型参数识别.然后依据电池模型建立电池的非线性状态空间方程,并对电池开路电压与SOC的关系进行多项式拟合.恒流脉冲放电和ECE15工况下的两种实验均表明,文中算法可有效修正SOC的初始误差,并能保证估算精度.     

磷酸铁锂电池模型参数辨识与SOC估算

根据磷酸铁锂电池的特性,从电池电化学角度分析,建立电池的等效电路模型.通过实验方法测得电池开路电压与SOC关系和电池模型的参数,利用卡尔曼滤波法来估算电池初始荷电状态(SOC0).实验与仿真表明,该算法可以有效的估算出SOC初始值,并可以将误差控制在10％之内.     

车用锂离子电池荷电状态参数辨识的建模仿真

为得到较为准确的电池荷电状态（SOC）参数,以厦门理工学院纯电动赛车用锂离子电池作为研究案例,采用二阶RC等效电路模型对锂离子电池进行HPPC充放电试验;然后,将实验数据导入Matlab的参数估计模块后,对电池荷电状态性能参数进行辨识。在Matlab的Simscape模块中建立锂离子电池的仿真模型,将仿真结果与实验结果进行比较,利用拟合工具箱对比不同阶次下RC等效电路模型的拟合精度。结果表明,锂离子电池的电压在放电脉冲开始及结束阶段时偏差较大,静置阶段则趋于平稳,二阶RC等效电路模型能够较为简便地反应锂离子电池的工作特性,且具有较好的拟合精度。锂离子电池仿真模型与实验测试的误差在2%以内,验证了所建立的仿真模型的可行性。     

改进Elman网络在锂离子电池容量预测中的应用

为了准确估算锂离子电池的荷电状态(SOC),在分析影响锂离子电池剩余容量时变特性的基础上,综合国内外几种常用的预测锂离子电池方法,将改进Elman网络应用到锂离子电池的容量预测和模型建立中。实验结果表明:该网络不仅局部泛化能力好,而且有较好的动态性能和逼近能力,能够满足电池容量预测的误差要求。     

基于滑模变结构的卡尔曼滤波对电池SOC的估算

针对卡尔曼滤波算法在锂离子电池荷电状态的估算中存在的稳定性差、系统噪声不确定性等问题,提出了一种基于滑模变结构的卡尔曼滤波算法对锂电池荷电状态(state of charge,SOC)进行动态估算。其基本思路是建立RC等效电路模型,并应用指数趋近律滑模变结构来改善卡尔曼滤波算法的不稳定性,从而提高SOC估算精度。仿真及实验结果表明,所提出的基于滑模变结构的卡尔曼滤波算法在锂电池SOC的估算方面具有良好的精度,误差范围在3%内。     

基于RC等效电路的动力电池SOC估计算法

精确的动力电池剩余电量(SOC)是混合动力系统进行动力分配的重要依据,也是整车控制和降低使用成本的关键.因而,采用简化的RC电池等效电路,建立了电池的动态充、放电模型,把该模型转化为状态空间表达式.基于不同温度下的镍氢动力电池开路电压,通过混合脉冲功率性能(HPPC)测试方法测量,得到动力电池的动态工作内阻.根据电池的动态工作电流,在线实时估算动力电池的SOC.仿真及实验室测试结果表明,该方法的估算误差小于8%,验证了该SOC估算方法的有效性.     

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.     

基于充电电压片段的锂离子电池状态联合估计方法

锂离子电池的荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)和剩余使用使命(RUL)是锂离子电池安全稳定运行的重要状态参数,本文提出一种基于充电电压上升片段的锂离子电池状态联合估计方法,实现对电池预测起点(SP)到寿命终点(EOL)的较长运行周期内SOC、SOH和RUL的联合估计.该框架在充电阶段进行SOH和RUL估计,在放电阶段进行SOC估计.首先提取电池恒流充电电压曲线片段的上升时间作为健康特征(HF),以HF作为输入,循环容量作为输出,建立最小二乘支持向量机(LSSVM)电池老化模型,对当前健康状态进行估计;采用等效电路模型对该电压区段进行非线性拟合,用拟合参数建立状态空间模型,结合无迹卡尔曼滤波算法进行SOC估计;用高斯过程回归时间序列模型对电池的健康特征序列进行建模,通过循环次数外推预测健康特征的变化趋势,并结合LSSVM老化模型,对RUL进行预测并给出置信区间.实验结果表明,所提方法具有较高的估计精度和较好的稳定性.     

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。     

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。     

基于电化学模型的锂离子电池健康状态估算

针对电动汽车锂离子电池健康状态在线估算问题,提出了一种基于伪二维模型参数的估算方法. 该方法通过拆解同类估算目标电池,以扫描电镜测量电池结构参数,利用遗传算法辨识其他未知电化学模型参数,建立一种新的基于化学计量比的电池正极容量计算法则,估算电池健康状态. 同时考虑老化对电池正极化学计量比的影响,进一步提高健康状态估算精度. 采用电池老化数据集验证该方法的有效性,结果表明所提出的估算方法能在短时动态工况下实现电池健康状态的准确在线估算.      

改进的PNGV模型估算全钒液流电池荷电状态

针对全钒液流电池(VRB)充放电时,循环泵产生的支路电流对荷电状态(SOC)估算有影响的问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波的全钒液流电池SOC估算方法。通过改进的新一代车辆伙伴关系(PNGV)等效电路模型,在考虑了电池堆极化、支路电流分流和温度对电池内阻影响的情况下,建立了VRB仿真模型。采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法对电池SOC分别进行估算,并与试验测量值进行对比分析。仿真结果表明:UKF算法比EKF算法更接近试验测量值,其估算误差不超过±0.02。     

动力锂离子电池建模及其动态特性研究

由于动力锂离子电池管理系统设计及电池剩余电量预测依赖于电池等效电路模型的建立,在几种常见的动力锂离子电池等效电路模型分析与比较的基础上,通过对动力锂离子电池进行多次充放电实验,分析了动力锂离子电池的动态特性,提出了基于Thevenin等效电路模型的双电源模型;并辨识了模型的相关参数。运用Matlab/Siumlink仿真工具建立仿真模型,对双电源模型进行仿真验证,结果表明双电源模型可准确模拟动力锂离子电池的工作特性,为动力锂离子电池的高效管理奠定基础。     

基于权值选择粒子滤波算法的锂离子电池SOC估计

针对锂离子动力电池的荷电状态(SOC)估计问题,以三元锂(MNC)电池为研究对象,选用Thevenin等效电路模型,建立电池模型的状态方程和观测方程,完成了带遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS)的理论推导。进行电池单体混合动力脉冲功率特性测试(HPPC测试),基于测试数据和FFRLS算法完成电池模型的在线参数辨识,并通过锂离子电池的端电压精度来验证算法的可行性;在此基础上,提出一种权值选择粒子滤波(WSPF)算法来实现锂离子电池SOC估计,该算法中全部粒子都参与粒子滤波过程,但只选择较优权重粒子用于电池状态估计,从而解决粒子滤波的粒子退化问题,提高粒子的多样性。通过HPPC测试和动态工况测试(DST)结果验证,WSPF算法的估计精度能控制在2%以内。与重采样粒子滤波(SIR-PF)算法相比,WSPF算法的估计精度高,鲁棒性好。