基于多新息扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计研究

锂电池具有高能量密度、循环寿命长等优点而被广泛应用于电动汽车动力装置,但车辆运行状况复杂多变,且电池内部呈现高度非线性的性质,导致电池荷电状态(SOC)难以准确计算。为优化锂电池SOC估计精度,构建结合Warburg元件的分数阶二阶RC模型,采用自适应遗传算法进行参数辨识;融合多新息理论和扩展卡尔曼滤波算法,提出基于多新息扩展卡尔曼滤波(MIEKF)的锂离子电池SOC估计算法,并利用试验数据验证该方法的有效性,为提高SOC估计精度和车载锂电池的循环使用寿命提供了新的方法途径和实践支撑。     

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.     

基于改进RVM算法的三元锂离子电池SOC估计

三元锂离子电池荷电状态的估计,由于构建模型复杂,受到外界干扰因素影响较大,导致预测精度达不到理想效果,但荷电状态的估计精度对于电池管理系统而言至关重要,因此不断提高估计精度是业内的研究重点.根据已有的相关向量机算法提出了3种改进算法,即循环相关向量机、自回归相关向量机和自回归循环相关向量机,分别对3 600组大样本训练数据进行学习建模,并对另外3 600组大样本数据进行荷电状态的估计,通过与最小二乘支持向量机对比表明,提出的基于自回归循环相关向量机的三元锂离子电池SOC的估计,具有稀疏性好、拟合与泛化能力强和运行速度快等优点.     

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。     

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.     

基于双卡尔曼滤波的锂电池SOC估计

针对电池SOC估计误差较大的问题,本文提出了双卡尔曼滤波算法。介绍了电池常用的等效模型和使用方向,以双RC模型为基础建立了电池系统的空间方程,使用混合脉冲功率特性测试法得到了模型参数值;推导了安时积分法和扩展卡尔曼滤波原理,在基础上提出了双卡尔曼滤波算法,对双卡尔曼滤波的原理和公式实现进行了详细推导;设计了电池组的充放电实验对算法进行验证,结果表明安时积分法估计误差随时间不断增大,扩展卡尔曼算法估计误差震荡很大,双卡尔曼滤波的估计精度较高,最大估计误差只有0.13%。     

基于开路电压法与卡尔曼滤波法相结合的锂离子电池SOC估算

鉴于卡尔曼滤波法中电池荷电状态(state of charge,SOC)的初始值一般根据开路电压法确定,传统开路电压法是通过测量电池开路电压,由电池开路电压与电池荷电状态之间的关系曲线得到电池SOC,耗时较长.本文在此基础上提出一种新的办法,通过对电池放电曲线及恢复曲线分析,结合电池等效模型,拟合出开路电压的计算公式.用放电停止后的某时刻电压估计电池的开路电压.不但解决了SOC估算中开路电压法用时长的问题,而且提高了开路电压值的准确性,进而提高了SOC估算精度.再以戴维宁模型为基础,通过电池测试平台辨识电池模型参数,并验证其可靠性,采用扩展卡尔曼滤波算法实现了对电池荷电状态的估算,状态参数SOC估算初始值由改进后的开路电压法估算出的SOC值确定.结果表明该方法解决了初始值的偏差导致的估算初期误差较大问题,提高了整体的估算精度.     

基于AEKPF算法对锂离子电池SOC与SOH的联合估计

为了提高锂离子电池SOC(state of charge)和SOH(state of health)的估计精度,采用自适应扩展卡尔曼粒子滤波(adaptive extended Kalman particle filter, AEKPF)算法估算SOC和SOH,该算法通过修正噪声可以解决运用EKF(extended Kalman filter)算法时的噪声误差累积问题,并且AEKF(adaptive extended Kalman filter)算法作为PF(particle filter)算法的建议分布用来实时更新粒子,可以改善单独采用PF算法时的粒子退化问题.为了提高SOC的估计精度,提出考虑电池的劣化特征,联合SOH实现对SOC的修正估计.在Matlab环境下的仿真结果表明:AEKPF算法与AEKF算法相比,可以得到更加准确的SOC和SOH估计值,而且AEKPF算法联合SOH可以有效提高SOC的估计精度,仿真绝对误差不超过±1%.     

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。     

等效滞回模型在锂离子电池SOC估计中的应用

锂离子电池荷电状态的快速准确估计是电池管理系统的关键技术之一.针对锂离子电池这一动态非线性系统,通过测试分析锂离子电池的滞回特性,建立了锂离子电池的二阶RC滞回模型,并利用容积卡尔曼滤波算法对电池荷电状态进行估算.实验结果表明,该模型能较好地体现电池的动态滞回特性,而且容积卡尔曼滤波算法在估算过程中能保持较高的精度.     

电动汽车电池SOC的估计

为了解决电动汽车电池荷电状态估算不准确的问题,以最常用的磷酸铁锂电池作为研究对象,以二阶RC等效电路作为电池模型,对模型参数进行在线识别,采用无迹卡尔曼滤波算法估算电池SOC,并与理想状态下AH法计算得到SOC进行比较。MATLA仿真结果表明,UKF算法的估计结果与AH法的结果大致相同,说明UKF算法对SOC的估算具有相当高的精度,高精度工程中具有一定的应用价值。     

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.     

自适应无迹卡尔曼滤波动力电池的SOC估计

无迹卡尔曼滤波法(Unscented-Kalman Filter,UKF)在估计动力电池的剩余容量(State of Charge,SOC)时,由于系统噪声的不确定,可能导致算法不收敛,而且算法的估计性能受模型精度的影响,为此采用自适应无迹卡尔曼滤波法(Adaptive-UKF,AUKF)动态估计电动汽车动力电池的SOC.建立了适用于SOC估计的电池模型,辨识相应的电池模型的参数并进行验证,将AUKF应用到该模型,在未知干扰噪声环境下,在线估计电池的SOC.试验仿真结果表明:UKF算法的估计误差在-0.04~0.06之间跳动,而AUKF算法的估计误差平稳的保持在0.05以内,实时修正微小的模型误差带来的SOC估计误差.     

基于RBF-BSA的锂离子电池SOC混合估算算法

为提高锂离子电池荷电状态(SOC)预测精度,提出利用回溯搜索算法(BSA)优化径向基函数(RBF)神经网络的输出权值与阈值的混合算法.通过对锂电池模型中的目标函数进行优化求解,并寻找最佳的目标权值和阈值降低预测误差,提高了RBF网络模型的预测精度.为验证算法的有效性,搭建锂离子电池的充放电实验平台获取数据并对网络进行验证,实验结果表明:混合算法相比标准RBF网络算法具有更好的SOC预测精度,并将网络输出预测误差降低到2%以内,符合锂电池荷电状态估算要求.     

一种变参数模型平方根UKF锂离子电池SOC估计方法

荷电状态(state of charge,SOC)估计是现代电池管理系统的一个重要方面.扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)等基于锂电池的戴维南等效模型的方法已被广泛用于SOC估计,但其在雅可比矩阵的推导和线性化精度等方面存在不足.提出了基于变参数模型的平方根无迹卡尔曼滤波(square root unscented Kalman filter,SRUKF)方法估算SOC,该方法不需要对非线性模型进行线性化,同时平方根特性改善了状态协方差的数值性质.变参数模型是在2阶戴维南等效模型的基础上令锂电池的各项参数随电量变化而得到的,减小了因固定参数模型无法反映不同电量下参数变化造成的误差.实验验证了该方法的有效性,与现有的SOC估计方法EKF、常规的UKF以及使用固定参数模型的估计结果进行了比较,该方法的误差明显小于其他3种方法.     

基于扩展卡尔曼滤波算法的二阶电池模型SOC估算

电池荷电状态(SOC)的精确估算可以为电池管理系统控制策略提供有效判据,能够提高电池的工作效率,并延长其使用寿命。本文运用MATLAB/Simulink平台对锂电池单体进行了建模与仿真,并通过MATLAB的cftool工具箱辨识出二阶模型的各个参数,然后利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)对电池SOC进行了精确估算。分别在确定和不确定SOC初始值两种情况下对算法进行了仿真与验证,结果发现SOC平均绝对误差小于0.01,电压平均绝对误差小于0.005 V,这表明EKF算法在电池SOC估算方面具有精度高、收敛快和实用性较强的优点,可以用于电池SOC的精确估算。     

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。