一种基于可重构电路的电池状态评估系统及方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于可重构电路的电池状态 评估系统及方法。


背景技术：

2.近年来，针对电池单体的soc估计方法在电动汽车和电网侧储能系统应用 中开展较多的研究。车载电动汽车储能系统中的电池soc估计方法一般采用电 池“满充满放”的方式进行电池容量的核定，该方法适用于电池晚上开始充电时 0％的soc到早晨充满电100％的soc的应用场景，并且电池的充电容量取决于 很多因素，包括平均电流、充电截止电压、电解质温度和老化程度等。电池单 体在电动汽车储能系统中并联或者串联适用，在串联的电池模组中如果某一电 池单体soc达到100％该模组将停止充电，因此此时获得的电池模组容量并不 等于所有电池单体soc达到100％时的容量。此外，针对于电动汽车运行过程 中的单体soc估计，ocv-soc映射曲线是纠正安时积分法的重要手段，但是 考虑到在较大的soc区间内(30％～70％)ocv-soc对应关系较为平坦，无法 实现电池soc的精准对应，电池单体soc估计过程中的鲁棒性和精确度较低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种基于可重构电路的电池状态评估系统及方法， 通过改进电池状态评估方案，实现提高电池单体soc估计过程中的鲁棒性和精 确度。
4.本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一种电池组中单体电池状态的分析方法，包括：
6.建立电池组的单体电池重构电路，所述电池组包括n个电池单体bi，i∈[1,n]， 所述单体电池重构电路由2n 2个mos开关、微控制器、2个二极管、负载rc 电路、1个电感l以及单刀双掷开关k组成，其中，各个所述电池单体bi之间 串联，所述微控制器与所有的mos开关的栅极相连接，所述电池单体bi串联在 mos开关s
i1
与mos开关s
i2
之间，所述mos开关s
i2
的源极与mos开关s
(i 1)1
的漏极串联，各个所述mos开关s
i1
的源极和mos开关s2的源极公用第一直 流母线连接到所述负载rc电路的第一端，所述负载rc电路的第一端串接二极 管d1后连接到所述单刀双掷开关k的第一不动端，所述单刀双掷开关k的第一 不动端还连接电池单体bn的负极，所述负载rc电路的第二端连接到所述单刀 双掷开关k的第二不动端，所述单刀双掷开关k的动端连接到所述mos开关 s2的漏极，mos开关s
11
的漏极以及各个所述mos开关s
i2
的漏极公用第二直 流母线连接到所述电感l的第一端，所述电感l的第一端还连接所述mos开关 s3的源极，所述电感l的第二端连接到所述单刀双掷开关k的动端，所述mos 开关s
11
的漏极连接直流电源dc的正极，所述直流电源dc的负极连接到所述 mos开关s3的漏极，所述mos开关s
11
的漏极与mos开关s
12
的漏极之间并 联二极管d2；
[0007]
在所述单体电池重构电路中隔离所述电池单体bi，形成由所述电池单体bi、 所述mos开关s
i1
、所述mos开关s3组成的bi测量回路，所述bi测量回路为 独立的回路；
[0008]
向所述bi测量回路输入恒流i，使所述电池单体bi处于充电状态；
[0009]
所述电池单体bi充电过程中，每隔t时间对所述bi测量回路执行一次断路 操作并静置1s，采集所述电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变 化曲线；
[0010]
基于所述电池单体bi的电池单体等效电路，根据所述u
out
随时间t的变化 曲线分析出所述电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式；
[0011]
通过ekf算法，根据所述电池开路电压u
ocv
得出所述电池单体bi的单体电 池状态s
t
的表达式。
[0012]
较优地，所述采集所述电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变 化曲线包括：
[0013]
以执行断路操作的时刻为初始时刻，开始测量和记录所述u
out
，其中，测量 周期t为100ms，测量时长为10s，共测得100个数据点所述端电压u
out
的初始值为断路电压u0。
[0014]
较优地，所述u
out
为所述电池单体等效电路的输出端，充电状态下的所述 电池单体等效电路中所述u
out
、所述电池单体bi、所述电池单体bi的欧姆内阻 r0、所述电池单体bi的极化内阻rc依次串联，所述电池单体bi的极化电容c 并联在所述极化内阻rc两端。
[0015]
较优地，所述基于所述电池单体bi的电池单体等效电路，根据所述u
out
随 时间t的变化曲线分析出所述电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式包括：
[0016]
建立所述电池单体bi的所述电池单体等效电路，视所述u
ocv
与所述电池单 体bi的电动势e
t
数值相等，因此，充电状态下的所述电池单体等效电路中的电 压等式关系为：
[0017]uout
(t)＝u
ocv
(t) uc(t) u
r0
(t)
[0018]
其中，uc为所述极化内阻rc的电容端电压，u
r0
为所述欧姆内阻r0的电阻 端电压；
[0019]
在所述bi测量回路处于没有外加激励的充电或断路状态时，所述极化内阻 rc和所述极化电容c构成阻容回路的零输入响应，得出0

时刻的所述电容端电 压uc数值：
[0020]
uc(0

)＝e
t-0
[0021]
uc(0

)＝uc(0-)＝u0[0022]
所述电池单体等效电路的回路电流i表示为，
[0023]
i(0

)＝uc/r0[0024]
所述bi测量回路在充电状态下断路后，所述极化内阻rc和所述极化电容c 组成闭合阻容回路，ic为流过所述极化内阻rc的电流，当t
→
∞时，uc→
0，ic→
0， 当t》0时，所述电池单体等效电路满足一阶齐次微分方程：
[0025][0026]
根据初始条件uc(0

)＝uc(0-)＝u0，求解所述一阶齐次微分方程得出所述电容 端电压uc的表达式：
[0027][0028]
根据所述电容端电压uc的表达式求解出所述电池单体等效电路的所述回路 电流i的表达式：
[0029][0030]
根据所述电容端电压uc的表达式求解出所述欧姆内阻r0的所述电阻端电压 u
r0
的表达式：
[0031][0032]
所述一阶齐次微分方程的负特征根p的表达式为p＝-1/rc，令τ＝-1/p；
[0033]
所述u
out
随时间t的变化曲线中包含初始点a、第一拐点b、第二拐点c、 第三拐点d，其中ab段对应于所述极化电容c充满过程，bc段对应于所述恒 流i停止输入后，cd段对应于所述极化电容c的零响应过程；
[0034]
计算所述欧姆内阻r0、所述极化内阻rc、所述极化电容c：
[0035]
r0＝u
bc
/i
[0036]
rc＝u
cd
/i
[0037]
c＝τ/rc[0038]
根据电池单体等效电路响应可得：
[0039]
uc＝uc(∞) [uc(0

)-uc(∞)]e-t/τ
[0040]
所述电池开路电压u
ocv
的表达式为：
[0041]uocv
＝u
out-ae-t/τ
,t》0
[0042]
a＝irc[0043]
其中，a表示指数曲线幅值，表征所述极化内阻rc在充电时的压降。
[0044]
较优地，所述初始点a对应于所述初始时刻，所述第一拐点b、所述第二 拐点c、所述第三拐点d的确定过程包括：
[0045]
根据所述u
out
随时间t的变化曲线，计算得到 u
out
99}：
[0046][0047]
计算得到
[0048][0049]
按照时间顺序遍历集合查找出前三个极值，记 录第一极值所对应时间点为所述第一拐点b，记录第二极值所对应时间点为所述 第二拐点c，记录第三极值所对应时间点为所述第三拐点d。
[0050]
较优地，所述通过ekf算法，根据所述电池开路电压u
ocv
得出所述电池单 体bi的单体电池状态s
t
的表达式包括：
[0051]
根据安时积分法，所述s
t
与初始soc值s
t,0
之间的关系表达式记为：
[0052]
[0053]
其中，q为所述电池单体bi的电池额定容量，μ为充放电库伦参数，i
t
为所 述电池单体bi的充放电电流，t0是起始时间；
[0054]
根据所述电池单体等效电路得出e
t
表达式和电流i
t
表达式：
[0055]et
＝u
ocv
(t) ri
t
uc(t)
[0056][0057]
其中，r是所述电池单体bi的内阻；
[0058]
将所述e
t
表达式和所述电流i
t
表达式整理并离散化，得出所述电池单体等 效电路的状态方程和观测方程：
[0059][0060]uocv
(t)＝f(s
t
)-ri
t
v
t
[0061]
其中，uk表示系统激励，wk表示过程激励噪声，vk表示离散量观测噪声，υ
t
为连续量观测噪声，i
t
作为控制量，u
0,t
作为观测量，[w
1，t
，w
2，t
]
t
为系统噪声， w
1,t
是u
soc
的系统估计误差，w
2,t
是u
ocv
的系统估计误差，f是传递函数，δt为 时隙；
[0062]
根据所述电池单体等效电路的状态方程和观测方程得出所述s
t
的表达式为：
[0063]st
＝f-1
(u
ocv
(t) ri
t-v
t
)
[0064]
较优地，所述在所述单体电池重构电路中隔离所述电池单体bi的方式为： 所述微控制器控制所述mos开关s
(i 1)1
闭合。
[0065]
本发明还提供一种带有单体电池重构电路的电池组件，包括n个电池单体 bi，i∈[1，n]，和与之相连的单体电池重构电路，其中，所述单体电池重构电路 由2n 2个mos开关、微控制器、2个二极管、负载rc电路、1个电感l以及 单刀双掷开关k组成，其中，各个所述电池单体bi之间串联，所述微控制器与 所有的mos开关的栅极相连接，所述电池单体bi串联在mos开关s
i1
与mos 开关s
i2
之间，所述mos开关s
i2
的源极与mos开关s
(i 1)1
的漏极串联，各个所 述mos开关s
i1
的源极和mos开关s2的源极公用第一直流母线连接到所述负 载rc电路的第一端，所述负载rc电路的第一端串接二极管d1后连接到所述 单刀双掷开关k的第一不动端，所述单刀双掷开关k的第一不动端还连接电池 单体bn的负极，所述负载rc电路的第二端连接到所述单刀双掷开关k的第二 不动端，所述单刀双掷开关k的动端连接到所述mos开关s2的漏极，mos开 关s
11
的漏极以及各个所述mos开关s
i2
的漏极公用第二直流母线连接到所述电 感l的第一端，所述电感l的第一端还连接所述mos开关s3的源极，所述电 感l的第二端连接到所述单刀双掷开关k的动端，所述mos开关s
11
的漏极连 接直流电源dc的正极，所述直流电源dc的负极连接到所述mos开关s3的漏 极，所述mos开关s
11
的漏极与mos开关s
12
的漏极之间并联二极管d2。
[0066]
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种基于可重构电路的电池状 态评估系统及方法。建立电池组的单体电池重构电路，在单体电池重构电路中 隔离电池单体bi，形成由电池单体bi、mos开关s
i1
、mos开关s3组成的bi测量回路，bi测量回路为独立的回路；向bi测量回路输入恒流i，使电池单体 bi处于充电状态；电池单体bi充电过程中，每隔t
时间对bi测量回路执行一次 断路操作并静置1s，采集电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变 化曲线；基于电池单体bi的电池单体等效电路，根据u
out
随时间t的变化曲线 分析出电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式；通过ekf算法，根据电池开 路电压u
ocv
得出电池单体bi的单体电池状态s
t
的表达式。通过本发明的方案能 够采集到的端电压在不同的混合功率脉冲特性hppc充放电条件下电池单体的 零响应过程，采用等效电路方法实现对充放电不同过程中电池单体ocv的估算， 进而在使用卡尔曼滤波ekf技术实现安时积分法对电池soc估算过程中精确度 的矫正，从而实现具备较高鲁棒性和精确性的电池单体soc估计。
附图说明
[0067]
图1为本发明的单体电池重构电路的结构图。
[0068]
图2为本发明的基于可重构电路的电池状态评估方法流程图。
[0069]
图3为本发明中bi的电池单体等效电路图。
[0070]
图4为本发明中锂离子电池充电过程中u
out
随时间t的变化曲线图。
[0071]
图5为本发明中电池ocv与soc映射图例。
[0072]
图6为本发明中电池充电过程soc估算图例。
具体实施方式
[0073]
以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详 细阐述。
[0074]
本发明的方案是单体电池重构电路进行数据采集，电池组中具有n个电池 单体bi，i∈[1,n]，单体电池重构电路由2n 2个mos开关、微控制器、2个二 极管、负载rc电路、1个电感l以及单刀双掷开关k组成，具体的mos开关 类型为nmos。如图1示例，图1中电池组中具有4个电池单体b1、b2、b3、 b4，相应地，b1的正极串联mos开关s
11
，b1的负极串联mos开关s
12
，b2串 联在mos开关s
21
和mos开关s
22
之间，b3串联在mos开关s
31
和mos开关 s
32
之间，b4串联在mos开关s
41
和mos开关s
42
之间，图中，mos开关s
21
与mos开关s
12
串联，mos开关s
31
与mos开关s
22
串联，mos开关s
41
与 mos开关s
32
串联，mos开关s
11
、mos开关s
21
、mos开关s
31
、mos开关 s
41
公用第一直流母线，mos开关s
11
、mos开关s
12
、mos开关s
22
、mos开 关s
32
、mos开关s
42
公用第二直流母线，两条直流母线分别连接在负载rc电 路的两端，直流电压dc用于为单体电池重构电路中的各个电池单体充电，mos 开关s3与s
11
、电感l、mos开关s2串联，微控制器与各个mos开关的栅极相 连接，用于向各个开关输出控制信号。
[0075]
通过图1所示的单体电池重构电路，可实现外部电源通过s1、s10直接与 负载供电，或者通过控制所有mosfet开关实现电池单体串并联与负载供电、 电池单体独立或者串并联充电，实现对电池组中任一单体电池ocv的快速估计。 例如，在b2、b3、b4在线工作状态下，如单独分析b1的电池状态，只需将s
21
闭合，或者将s
21
、s
22
、s
31
、s
32
、s
41
、s
42
闭合构成串联或者并联回路为负载供 电，而b1的端电压u
out
通过s
11
和s
12
进行测量，同时外充电电路通过s3和s5 构成与电池单体b1的充电回路，外部充电器可产生hppc脉冲，从而测得不同 充电电流激励条件下电池b1的状态响应。
[0076]
下面详述基于可重构电路的电池状态评估方法，如图2所示，本发明提供 的方案，
具体实施步骤包括：
[0077]
步骤s1，建立如图1示例所示的电池组的单体电池重构电路；
[0078]
步骤s2，在单体电池重构电路中隔离电池单体bi，形成由电池单体bi、mos 开关s
i1
、mos开关s3组成的bi测量回路，bi测量回路为独立的回路；
[0079]
步骤s3，向bi测量回路输入恒流i，使电池单体bi处于充电状态；
[0080]
步骤s4，电池单体bi充电过程中，每隔t时间对bi测量回路执行一次断路 操作并静置1s，采集电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变化曲 线；
[0081]
步骤s5，基于电池单体bi的电池单体等效电路，根据u
out
随时间t的变化 曲线分析出电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式；
[0082]
步骤s6，通过ekf算法，根据电池开路电压u
ocv
得出电池单体bi的单体 电池状态s
t
的表达式。
[0083]
具体的，步骤s1所建立的电路应当具有如下结构：电池组包括n个电池单 体bi，i∈[1,n]，单体电池重构电路由2n 2个mos开关、微控制器、2个二极 管、负载rc电路、1个电感l以及单刀双掷开关k组成，其中，各个电池单体 bi之间串联，微控制器与所有的mos开关的栅极相连接，电池单体bi串联在 mos开关s
i1
与mos开关s
i2
之间，mos开关s
i2
的源极与mos开关s
(i 1)1
的 漏极串联，各个mos开关s
i1
的源极和mos开关s2的源极公用第一直流母线 连接到负载rc电路的第一端，负载rc电路的第一端串接二极管d1后连接到 单刀双掷开关k的第一不动端，单刀双掷开关k的第一不动端还连接电池单体 bn的负极，负载rc电路的第二端连接到单刀双掷开关k的第二不动端，单刀 双掷开关k的动端连接到mos开关s2的漏极，mos开关s
11
的漏极以及各个 mos开关s
i2
的漏极公用第二直流母线连接到电感l的第一端，电感l的第一 端还连接mos开关s3的源极，电感l的第二端连接到单刀双掷开关k的动端， mos开关s
11
的漏极连接直流电源dc的正极，直流电源dc的负极连接到mos 开关s3的漏极，mos开关s
11
的漏极与mos开关s
12
的漏极之间并联二极管d2。
[0084]
步骤s4采集电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变化曲线的 具体操作包括：以执行断路操作的时刻为初始时刻，开始测量和记录u
out
，其中， 测量周期t为100ms，测量时长为10s，共测得100个数据点其中，端电压u
out
的初始值为断路电压u0。
[0085]
步骤s5所提及的电池单体bi的电池单体等效电路如图3所示，为一种一阶 电池等效电路模型，其中u
out
为电池单体等效电路的输出端，充电状态下的电 池单体等效电路中u
out
、电池单体bi、电池单体bi的欧姆内阻r0、电池单体bi的极化内阻rc依次串联，电池单体bi的极化电容c并联在极化内阻rc两端，构 成阻容回路i
t
为电池单体bi的充放电电流，i
t
正值表示放电，i
t
负值表示充电。e
t
表示电动势，与电池开路电压(open circuit voltage,ocv)u
ocv
在数值上相等， 在同一温度条件下ocv-soc存在固定的非线性函数关系。
[0086]
步骤s5基于电池单体bi的电池单体等效电路，根据u
out
随时间t的变化曲 线分析出电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式的具体计算过程为：
[0087]
根据如图3所示的电池单体bi的电池单体等效电路，视u
ocv
与电池单体bi的电动势e
t
数值相等，因此，根据kvl，充电状态下的电池单体等效电路中的 电压等式关系为：
[0088]uout
(t)＝u
ocv
(t) uc(t) u
r0
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0089]
其中，uc为极化内阻rc的电容端电压，u
r0
为欧姆内阻r0的电阻端电压， u
out
(t)是指uout
在t时间的电压值，u
ocv
(t)是指u
ocv
在t时间的电压值，uc(t)为uc在t时间的电压值，u
r0
(t)是指u
r0
在t时间的值；
[0090]
在bi测量回路处于没有外加激励的充电或断路状态时，极化内阻rc和极化 电容c构成阻容回路的零输入响应，得出0

时刻的电容端电压uc数值：
[0091]
uc(0

)＝e
t-0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0092]
在t＝0时，由于电容电压没有跃变，因此：
[0093]
uc(0

)＝uc(0-)＝u0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0094]
此时电池单体等效电路中回路电流i最大值表示为，
[0095]
i(0

)＝uc/r0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0096]bi
测量回路在充电状态下断路后，极化内阻rc和极化电容c组成闭合阻容 回路，电容通过内阻rc放电，ic为流过极化内阻rc的电流，当t
→
∞时，uc→
0， ic→
0，在此过程中极化电容储存的能量逐渐被极化内阻以热能的形式消耗。当 t》0时，电池单体等效电路满足一阶齐次微分方程：
[0097][0098]
根据初始条件uc(0

)＝uc(0-)＝u0，求解一阶齐次微分方程得出电容端电压uc的表达式：
[0099][0100]
根据电容端电压uc的表达式求解出电池单体等效电路的回路电流i的表达 式：
[0101][0102]
根据电容端电压uc的表达式求解出欧姆内阻r0的电阻端电压u
r0
的表达式：
[0103][0104]
电压uc、ur和电流i都是按照相同的指数规律变化，衰减的快慢取决于负 特征根p＝-1/rc的大小。令τ＝-1/p，电池等效电路的参数是由电路结构和元件参 数确定的，元件的参数取决于电池的老化程度，τ为具有时间量纲的常数，其大 小反映一阶过渡过程的进展速度。
[0105]
τ的求解方法可采取图解法，如图4所示的u
out
随时间t的变化曲线图，是 用恒流i对电池进行充电，充电过程中每100ms测量断路电压u0，每隔10s执 行断路并静置1s测量端电压。由图4可以看出，充电过程中的u
out
分成三段变 化：ab段，端电压渐变，对应电池的充电过程，极化电容c充满，电池的ocv 渐变趋于最大soc对应的ocv；bc段，端电压骤变，对应电池充电回路断开 过程，电池的极化内阻骤然失去恒流i，此时检测的变化特征体现了极化内阻的 特性；cd段，端电压以指数型渐变，对应极化电容c零响应过程，极化电池所 储存的能量被极化内阻r0用作热能形式消耗。
[0106]
图4中的初始点a对应于初始时刻，第一拐点b、第二拐点c、第三拐点d 的确定过程为：
[0107]
根据u
out
随时间t的变化曲线，计算得到
[0108][0109]
计算得到
[0110][0111]
按照时间顺序遍历集合查找出前三个极值，记 录第一极值所对应时间点为第一拐点b，记录第二极值所对应时间点为第二拐点 c，记录第三极值所对应时间点为第三拐点d。
[0112]
基于bc段电压变化分析，可得到电池充电过程中欧姆内阻r0：
[0113]
r0＝u
bc
/i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0114]
cd段曲线变化反应rc极化消失过程，可得出电池极化内阻rc：
[0115]
rc＝u
cd
/i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0116]
一般认为经过3τ～5τ时间过渡结束，在3τ时间内电容电压uc下降95％所对 应的时间可求得τ。此时与电势差u
cd
可认为为电池极化内阻rc导致的压降， 由此可求得极化内阻c为：
[0117]
c＝τ/rcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0118]
当静置时间5τ时，此时的端电压u
out
接近于电池ocv，根据电池单体等效 电路响应可得：
[0119]
uc＝uc(∞) [uc(0

)-uc(∞)]e-t/τ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0120]
电池开路电压u
ocv
的表达式为：
[0121]uocv
＝u
out-ae-t/τ
,t》0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0122]
a＝ircꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0123]
其中，a表示指数曲线幅值，表征极化内阻rc在充电时的压降。
[0124]
进一步地，步骤s6采用扩展卡尔曼滤波算法(ekf)，利用电池开路电压u
ocv
修正soc值。经典卡尔曼滤波状态方程与观测方程为：
[0125][0126]
其中，xk是系统状态变量；zk是系统观测变量；uk表示系统激励；wk、vk表示过程激励噪声与观测噪声。
[0127]
根据安时积分法，s
t
与初始soc值s
t,0
之间的关系表达式记为：
[0128][0129]
其中，q为电池单体bi的电池额定容量，μ为充放电库伦参数，i
t
为电池单体 bi的充放电电流，t0是起始时间；
[0130]
根据电池单体等效电路模型得出e
t
表达式和电流i
t
表达式：
[0131]et
＝u
ocv
(t) ri
t
uc(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0132]
[0133]
其中，r是所述电池单体bi的内阻；
[0134]
将e
t
表达式和电流i
t
表达式整理并离散化，得出电池单体等效电路的状态 方程和观测方程：
[0135][0136]uocv
(t)＝f(s
t
)-ri
t
v
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0137]
其中，uk表示系统激励，wk表示过程激励噪声，vk表示离散量观测噪声，υ
t
为连续量观测噪声，i
t
作为控制量，u
0,t
作为观测量，[w
1，t
，w
2，t
]
t
为系统噪声， w
1,t
是u
soc
的系统估计误差，w
2,t
是u
ocv
的系统估计误差，δt为时隙，f是传递 函数，为映射u
soc
到u
ocv
的映射，f-1
为f的反函数；
[0138]
根据电池单体等效电路的状态方程和观测方程得出s
t
的表达式为：
[0139]st
＝f-1
(u
ocv
(t) ri
t-v
t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0140]
根据电池ecm参数识别，并进行卡尔曼状态空间参数赋值确定状态空间模 型系统，随后采用ocv-soc映射关系确定电池soc。在不考虑环境温度和电 池老化程度的影响，电池soc在区间[10,100]的对应关系大致如图5所示。
[0141]
为了更好的反映soc与ocv之间的关系，可采用分段拟合的方式确定电 池的ocv与soc之间的对应关系。
[0142]
进一步地，本发明还提供一种基于可重构电路的电池状态评估系统，是基 于图1所示单体电池重构电路进行数据采集，具体包括：
[0143]
端电压u
out
采集模块，用于基于图1所示单体电池重构电路中bi测量回路 进行端电压的数据采集，具体是每隔t时间对bi测量回路执行一次断路操作并 静置1s，采集电池单体bi的端电压u
out
并记录成u
out
随时间t的变化曲线；
[0144]
电池开路电压u
ocv
分析模块，用于基于图3所示电池单体bi的电池单体等 效电路，根据u
out
随时间t的变化曲线分析出电池单体bi的电池开路电压u
ocv
的表达式；
[0145]
单体电池状态s
t
分析模块，用于通过ekf算法，根据电池开路电压u
ocv
得 出电池单体bi的单体电池状态s
t
的表达式。
[0146]
系统的具体计算过程如前述公式1-23所示。
[0147]
通过本发明的方案，在matlab里实现卡尔曼滤波算法仿真，以arbin测试 平台所得数据作为对标数据，分析本文所提方法在实现电池soc估计中的效果。 对电池容量为60ah的电池在室温25℃环境进行充电测试，记录电池初始soc 状态s0，以恒流i进行充电10s并停止1s，每0.5s采集测试点，经过测试分析 得到如图6所示对比结果。整个测试过程中基于卡尔曼滤波的方法最大误差2％， 平均误差0.928％，标准差0.971％。
[0148]
本发明的方案采用基于可重构的电池设计，建立电池等效电路模型和参数 估计方法，能够采集到端电压在不同的混合功率脉冲特性(hybrid power pulsecharacteristics,hppc)充放电条件下电池单体的零响应过程测得电池的等效电 路的零响应信号，进而估算出电池的开路电压(open circuit voltage,ocv)， 基于卡尔曼滤波(extended kalman filter,ekf)技术实现安时积分法对电池soc 估算过程中精确度的矫
正，从而实现具备较高鲁棒性和精确性的电池单体soc 估计。
[0149]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程， 并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。