基于Vmin模型的EKF方法的锂电池组SOC估计

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1、文章编号：基于Vmin-EKF的动力锂电池组SOC估计刘新天，刘兴涛，何耀，陈宗海（中国科学技术大学自动化系，安徽，合肥230027）摘要：动力电池组的荷电状态（SOC，State-of-charge）是电动汽车能量控制的重要参数。针对串联锂电池组的SOC估计问题，建立电池组的Vmin状态空间模型，电池组内单体电池负载电压的最小值Vmin和电池组的SOC分别作为模型的观测变量和状态变量。应用扩展卡尔曼滤波算法，实现对SOC的动态估计。模拟电动汽车的实际工况进行电池组放电实验，结果表明，该方法能实

2、时准确估计电池组SOC。关键词：动力锂电池组；荷电状态；Vmin模型；扩展卡尔曼滤波中图分类号：TM912文献标识码：ABased-Vmin-EKFSOCEstimationforPowerLi-ionBatteryPackLIUXin-tian,LIUXin-tao,HEYao,CHENZong-hai(DepartmentofAutomation,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027,China.Correspondent:C

3、HENZong-hai,E-mail:chenzh@ustc.edu.cn)Abstract：State-of-chargeofpowerbatterypackisanimportantparameterforelectricalvehicle.AimingatSOCestimationforLi-ionbatterypackofmulticellsinseries,aVminstatespacemodelofbatterypackisproposed.Theminimalcellloadvol

4、tageofthebatterypack(Vmin)isthemodeloutptvariable,andSOCisthemodelstatevariable.WithExtendedKalmanFilterapplied,DynamicstateestimationofSOCisrealized.Theexperimentwasmadetosimulatethebehaviorsofbatterypackintheactualworkconditonofelectricalvehicle.Th

5、eresultdemonstratesthataccurateandreal-timeestimationofSOCcanbeobtainedwiththisapproach.□□□□□□□□□□□□□□□□□Keywords：PowerLi-ionbatterypack;State-of-charge;Vminmodel;ExtenedKalmanfilter收稿日期：－年－月－日；修回日期：－年－月－日.基金项目：2008年合肥市重大科技计划项目（合科20081033）;江苏省工业装备数字制

6、造及控制技术重点实验室开放研究基金资助课题(DM2008001).作者简介：刘新天(1981-)，男，安徽桐城人，博士生，从事电动汽车、电源管理的研究；陈宗海（1963-），男，安徽桐城人，教授，博导，从事复杂系统建模、仿真的研究1引言电动汽车（EV）是未来汽车的一大发展方向。动力锂电池组是电动汽车动力源，其荷电状态（SOC）直接反应了电池组剩余容量的多少，由此可预测EV的行驶里程，同时也为电池组的使用和维护提供重要依据[1]。由于电动汽车电池组在使用过程中表现的高度非线性，使准确估计SOC具有

7、很大难度[2]，精确实时的锂电池组SOC估计也成为EV研究的一大重要挑战。目前常用的SOC估计方法是通过测量电池组的外特性——电流、电压、内阻等来对SOC进行估计。安时积分法通过电池组负载电流的动态积分来估计SOC，算法简单，实用性强，由于是一种开环预测，会因为电流误差的累积，导致精度越来越差[3-4]。神经网络法适合在线估计，但是需要相似电池组的大量训练数据[5-6]。扩展Kalman滤波（EKF）法通过建立电池组的非线性状态空间模型，结合递推算法实现对模型状态变量SOC的最小方差估计，并能给

8、出估计误差范围，此外,EKF方法对SOC的初始误差有很强的修正作用，特别适用于电流变化较快的电动汽车动力电池组[1]，而EKF方法的关键在于电池组状态空间模型的建立，Plett在简化电化学模型基础上提出组合模型[7]，Bhangu等提出RC电路等效模型[8]，Lee等在RC电路模型的基础上提出了改进OCV-SOC关系模型[9]。上述模型均为单体电池的模型。对于几十节甚至上百节单体电池串联的动力电池组，单体电池间容量差异会随电池组循环次数增加而逐渐增大，进而导致各单体电池的SOC不尽相同。直接应用