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。     

锂离子电池健康状态多因子在线估计方法

针对传统的锂离子电池健康状态估计方法仅用电池欧姆内阻作为单因子评估指标时存在较大误差的问题,提出了一种利用电池欧姆内阻、极化内阻与极化电容共3个模型参数构建的多因子评估模型。选用一阶RC等效电路模型作为基础电路模型,并通过仿真实验验证了所选择电路模型的准确性。对同一型号的多组三元锂离子电池进行循环老化实验,得到离线辨识的模型参数,发现等效电路模型中的欧姆内阻、极化内阻、极化电容与健康状态存在确定的关系。通过带约束的最小二乘算法求解对应模型参数的权重,并以卡尔曼滤波算法在线辨识模型参数,实时获得基于多因子模型的综合电池健康状态。将所提方法与仅用欧姆内阻评估的方法进行了对比,结果表明:所提方法评估锂离子电池真实健康状态的误差变化范围较小,基本在1%左右,精度更高。     

采用等效电路的参数自适应电池模型及电池荷电状态估计方法

针对电池离线参数辨识复杂、模型系统误差无法在线校正等问题,提出基于等效电路的参数自适应电池模型及电池荷电状态估计方法。该方法设计了针对动力电池的自适应参数观测器并证明了稳定性,通过在线估计电池参数从根源校正模型误差,建立滑动平均滤波器对估计参数滤波降噪,利用多时间维度思想周期性更新电池模型,并结合卡尔曼滤波算法进行荷电状态估计。搭建电池充放电测试平台进行实验,实验结果表明:城市道路循环工况下,基于参数自适应电池模型的卡尔曼滤波电池荷电状态估计误差小于3%。该算法简单、准确、适应性强,对于多变环境、长周期使用条件下的动力电池监测具有较高的实用价值。     

基于DAEKF算法的锂离子电池主要状态在线联合估计

为实现三元锂离子电池荷电状态（SOC）、能量状态（SOE）和健康状态（SOH）这3种主要状态的在线联合估计，并应对电动汽车实际使用工况中各种噪声干扰带来的开环累积误差问题，提高锂离子电池在线估计的稳定性，提出了一种基于双自适应扩展卡尔曼滤波（DAEKF）算法的三元锂离子电池多时间尺度主要状态在线联合估计方法。在二阶RC模型基础上推导DAEKF算法的状态空间方程，用带遗忘因子的递推最小二乘法（FFRLS）进行在线参数辨识，以微观时间尺度进行锂离子电池SOC和SOE的在线估计，以宏观时间尺度进行锂离子电池SOH的在线估计，从而实现锂离子电池3种主要状态的在线联合估计。最后，以NVR18650B型三元锂离子电池的不同运行工况对所提出的方法进行实验验证。实验结果表明：在两种验证工况下，文中方法都能够快速收敛辨识模型参数，微观时间尺度中SOC和SOE的估计误差均稳定保持在1%以内，宏观时间尺度中SOH的估计误差稳定保持在1.6%以内；与EKF算法相比，文中所提出的方法具有更高的估算精度以及更好的估计收敛性和稳定性。     

带有电池模型参数辨识的电池管理系统在线维护平台的实现

为了能够实时监控电池包状态,并且通过与电池管理系统进行通讯,以实现对电池管理系统的控制、查询及数据回放,本文设计了一种全面监控电池单体状态的电池管理系统在线维护平台,并开发了一种基于Thevenin模型的参数辨识方法,用于定期维护电池,更新电池管理系统参数,以便准确估计电池的荷电状态.实际应用表明,本平台减轻了电池维护人员的工作量,并提高了电池荷电状态估计的准确性.     

基于BCRLS-AEKF的锂离子电池荷电状态估计及硬件在环验证

研究有色噪声下的锂离子电池参数辨识与荷电状态（SOC）估计,并进行硬件在环实验验证.在动力电池模型的参数辨识过程中,利用带遗忘因子的偏差补偿递推最小二乘法进行偏差补偿,提高了有色噪声数据的参数辨识精度.在此基础上,利用自适应扩展卡尔曼算法进行SOC估计,使得滤波算法中的估计结果可以随着噪声统计特性的变化而自适应更新,实现了模型参数和电池状态的联合估计.最后,借助BMS测试系统模拟电池电压电流信息输出,完成了硬件在环实验以验证所提出的方法.实验结果表明,利用所提出算法估计得到的电池端电压和SOC误差分别小于10 mV和0.5%.      

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.      

基于简化可变参数热模型的锂电池内部温度估计

锂电池内部温度的准确估计是实现电池安全可靠热管理的关键,为准确估计锂电池内部温度,针对现有电池热模型中各热电参数的辨识误差对内部温度估计精度的影响,文中提出基于简化可变参数热模型的锂电池内部温度估计方法.通过对不同环境温度下锂电池内部热容与外部热阻进行辨识,建立可变内部热容与外部热阻估计模型,同时对模型机理进行分析,详细描述了外部环境对于内部热容和外部热阻的影响,并通过实验验证了模型的可靠性;最后结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,实现对内部温度的估计.不同温度梯度下的恒流放电实验与仿真结果证明,所建模型适用于不同环境温度下的锂电池热模型,提高了内部温度估计精度.     

基于CNN-Transformer的锂离子电池健康状态估计

目的 健康状态是评估锂离子电池状态的关键参数,对锂离子电池的安全使用有着十分重要的意义,为了获得准确可靠的健康状态估计结果,建立基于卷积神经网络和Transformer的锂离子电池健康状态估计方法,利用不同模型的数据挖掘特性,将健康指标的深层信息和随循环周期增加的时序信息并行提取。方法 从锂离子电池放电过程中的部分电压和温度曲线中提取3个与健康状态相关性较强的健康指标作为模型输入,利用卷积神经网络强大的特征提取能力挖掘健康指标的局部特征,利用Transformer的顺序处理能力挖掘健康指标的时序特征,将健康指标的局部特征和时序特征进行特征融合,通过卷积和全局平均池化层输出健康状态估计值。结果 本研究使用MIT数据集进行实验验证,并与卷积神经网络和长短时记忆神经网络进行对比分析,所提出的方法的均方根误差和平均绝对误差是最低的,为0.11和0.08,最小相对误差为0.61%。结论 所提出的CNN-Transformer健康状态估计采用不同模型挖掘健康指标不同的特征信息,能够充分利用锂离子电池放电数据,且具有良好的估计效果。     

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。     

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GNL模型自适应无迹卡尔曼滤波的电动汽车荷电状态估计

随着电动汽车的高效发展,逐年递增的退役动力电池回收利用已刻不容缓,对电池进行精确、可靠的荷电状态(SOC)估计是实现电池梯次利用的关键技术。传统估计方法均未考虑对老化电池影响较高的自放电因素,因此采用在二阶RC模型基础上考虑了自放电因素的GNL电路等效模型,通过脉冲放电对模型参数进行辨识。对相应的状态空间方程利用矩阵二次型方法进行离散化,并利用自适应无迹卡尔曼滤波算法对荷电状态进行实时估计及更新。在间歇恒流和变电流工况下以老化电池为实验对象对算法进行了对比验证,结果表明双卡尔曼滤波法在初值估计不准确时不能及时收敛到荷电状态真值附近并跟随,基于二阶RC模型的自适应滤波算法估计的误差在工况后期较大,基于GNL模型的自适应滤波算法对老化电池的估计精度较高,误差在0. 5%之内。结果表明该方法可使状态估计值具有较小的误差和快速跟随性,满足了荷电状态估计的实际需求。     

基于自适应UKF的锂离子动力电池状态联合估计

针对由静态的电池模型参数而造成的状态估计累计误差、噪声统计特性的时变不确定性等实用化的问题,基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)框架设计了一种自适应UKF的电池状态联合估计算法.在无迹变换(unscented transform,UT)时,对量测方程进行准线性化处理,降低了循环迭代过程中的计算开销;利用带遗忘因子的Sage-Husa自适应估计方法对过程噪声的统计特性参数进行递推估计与修正,提高了UKF估计算法的自适应容错能力;实时跟踪滤波的收敛性,若呈发散趋势时,通过自适应衰减因子对误差协方差进行调整以抑制滤波发散,保证了滤波过程的数值稳定性;采用联合估计策略对一阶Thevenim电池欧姆内阻模型参数进行在线更新,以确保动态测试工况下电池模型的准确性,从而提高了电池荷电状态(state of charge,SOC)以及电池健康状态(state of health,SOH)的估计精度.实验与仿真结果验证了该电池状态联合估计算法的可行性与有效性.     

基于GNL模型自适应无迹卡尔曼滤波的电动汽车的荷电状态估计

随着电动汽车的高效发展,逐年递增的退役动力电池回收利用已刻不容缓,对电池进行精确、可靠的荷电状态(state of charge,SOC)估计是实现电池梯次利用的关键技术。传统估计方法均未考虑对老化电池影响较高的自放电因素,本文采用在二阶RC模型基础上考虑了自放电因素的GNL电路等效模型,通过脉冲放电对模型参数进行辨识。对相应的状态空间方程利用矩阵二次型方法进行离散化,并利用自适应无迹卡尔曼滤波算法对SOC进行实时估计及更新。在间歇恒流工况和变电流工况下以老化电池为实验对象对算法进行了对比验证,结果表明双卡尔曼滤波法在初值估计不准确的时候不能及时收敛到SOC真值附近并跟随,基于二阶RC模型的自适应滤波算法估计的误差在工况后期较大,基于GNL模型的自适应滤波算法对老化电池的估计精度较高,误差在0.5%之间。结果表明该方法可使状态估计值具有较小的误差和快速跟随性,满足了SOC 估计的实际需求。     

基于多时间尺度锂电池在线参数辨识及 SOC 和 SOH 估计

电池的荷电状态和健康状态是衡量电池续航和寿命的重要指标,为解决电池参数的时变性问题,提高电池 SOC(State of Charge)估算精度,减少硬件计算量,提出一种多时间尺度在线参数辨识双扩展卡尔曼滤波联合算法。 以 18650 三元锂电池为研究对象,采用基于二阶 RC 等效电路模型的多时间尺度 DEKF 算法,针对电池参数的慢变 特性和状态的快变特性进行双时间尺度在线参数辨识和 SOC 估算;通过联邦城市驾驶计划 (FUDS) 测试验证,得 出多时间尺度 DEKF 算法和传统离线辨识 EKF 算法对 SOC 估计的平均绝对误差分别为 0. 97%和 2. 46%,均方根 误差为 1. 19%和 2. 69%,容量估计值对参考值最大误差仅为 0. 007 72 Ah;实验结果表明:所提出的多时间尺度 DEKF 算法,具有更好的鲁棒性和 SOC 估算精度并能实时反应 SOH 变化趋势。     

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.     

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IUPF算法与可变参数电池模型的SOC估计方法

针对常用电池模型参数固定和适用范围有限的问题,建立受温度和SOC影响的可变参数的Thevenin模型,并利用实验设计(DOE)方法和最小二乘法对模型参数进行辨识.针对系统噪声较大时影响算法估计精度的问题,提出了一种改进的无迹卡尔曼粒子滤波(IUPF)算法.将系统状态噪声和量测噪声两者同时引入到采样点中,对其进行对称采样处理,同时将其引入到算法计算过程中以保证算法的精度.在可变参数Thevenin模型基础上采用的IUPF算法,在保证模型适用范围的同时减小了噪声对系统估计精度的影响.实验及仿真结果表明,基于IUPF算法与可变参数电池模型的SOC估计方法在解决现有电池模型适用范围有限、保证模型精度的同时,在多个温度下对SOC有较高的估算精度.尤其在系统状态噪声、量测噪声影响较大时,算法估算精度有了明显提高,且对由模型参数所带来的扰动具有良好的鲁棒性.     

磷酸铁锂电池的改进建模及SOC估计

由于磷酸铁锂电池在多方面的优越性能,它在电动汽车领域的应用已经越来越广泛。文章针对磷酸铁锂电池,给出了其改进的PNGV模型,并通过电池恒流充放电特性和脉冲充放电特性实验,利用插值和最小二乘拟合方法进行电池模型参数辨识,实现了磷酸铁锂电池的较准确建模,并采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)完成了电池荷电状态(SOC)的准确估计。     

基于AFFDRLS-AHIF对动力锂离子电池单体SOC估计

针对动力锂离子电池的SOC估计,提出一种带自适应遗忘因子的阻尼递推最小二乘法(AFFDRLS)联合改进的自适应H∞滤波(AHIF)的方法对动力锂离子电池的荷电状态(SOC)估计.建立了磷酸铁锂动力电池单体的戴维南(Thevenin)等效电路模型,以AFFDRLS在线辨识模型参数,以AHIF实时在线估计电池单体的SOC,实现了电池单体的模型参数和SOC的实时联合估计.在Matlab/Simulink中建立了AFFDRLS-AHIF的仿真模型,以估计磷酸铁锂动力电池单体的SOC.根据某电动乘用车分别在NEDC和UDDS工况下的功率需求进行单体实验,测得动力电池单体的电流、电压,并以此作为输入,采用所建立的仿真模型进行动力电池单体的SOC估计;并且与传统扩展卡尔曼滤波法(EKF)和HIF的SOC估计结果比较,结果表明:AFFDRLS-AHIF的估计精度高且鲁棒性好,可以为车辆使用的动力电池SOC估计提供参考.